Использование данных прошлого для улучшения будущих прогнозов требует понимания и количественной оценки отдельных вкладов аэрозолей и парниковых газов (ПГ) в наблюдаемое изменение климата, однако оно затруднено большими неопределённостями в аэрозольных воздействиях и реакциях в климатических моделях. Для оценки исторических аэрозольных реакций авторы применяют методы обнаружения и атрибуции, чтобы приписать воздействиям совместное изменение температуры и осадков путём объединения сигналов наблюдаемых изменений во влажных и сухих тропических регионах, межполушарной температурной асимметрии, глобальной средней температуры (global mean temperature, GMT) и глобальных средних осадков на суше (global mean land precipitation, GMLP). Отклики, представляющие реакцию климата на аэрозоли (AER) и оставшиеся внешние воздействия (noAER; в основном ПГ), получены из больших ансамблей исторических одного и всех одновременно воздействий из трёх моделей CMIP6 и выбраны с использованием идеального модельного исследования. Результаты несовершенного модельного исследования и анализа гидрологической чувствительности оправдывают объединение такого выбора «отпечатков» температуры и осадков в совместное исследование. Обнаружено, что диагностика, включающая температуру и осадки, немного лучше ограничивает сигнал noAER, чем диагностика, основанная исключительно на температуре или только на GMT, и позволяет приписывать охлаждение AER (даже когда GMT не включено в «отпечаток»). Эти результаты надёжны для «отпечатков» из разных климатических моделей. Оценочные вклады для AER и noAER согласуются с другими опубликованными оценками, включая оценки из последнего отчёта МГЭИК. Наконец, авторы выделяют наилучшую оценку 0,46 K ([−0,86, −0,05] K) охлаждения, вызванного аэрозолями, и 1,63 K ([1,26, 2,00] K) потепления вследствие остальных внешних воздействий noAER в 2010–2019 гг. относительно 1850–1900 гг., используя объединённые сигналы GMT и GMLP.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/20/JCLI-D-23-0347.1.xml

Современные изменения глобального климата сопровождаются ростом температуры воздуха и почвы. Как они отражаются на почвенном дыхании и следует ли ожидать изменение эмиссии парниковых газов? На эти вопросы невозможно ответить без исследования газообмена почвы и атмосферы. В настоящей работе приводятся результаты анализа удельных потоков парниковых газов на границе раздела «почва – атмосфера», измеренных в обсерватории «Фоновая» в 2023 г. Для измерения потоков были использованы три статические камеры: прозрачная и непрозрачная – на участках почвы с растительностью, и ещё одна прозрачная – на участке почвы без растительности. Для СО₂ и СН₄ был зафиксирован устойчивый сток в течение всего вегетационного сезона, для N₂O, наоборот, – слабая положительная эмиссия. Устойчивый сток углекислого газа из атмосферы наблюдался в период с мая до середины августа, его величина достигала -600 мг × м^-2 × ч^-1 в июне и июле, а величина стока метана составляла -0,08 мг × м^-2 × ч^-1. Поток закиси азота колебался вблизи нуля, а его среднесуточные вариации почти укладывались в коридор ± 0,02 мг × м^-2 × ч^-1. Установлена нелинейная положительная зависимость увеличения интенсивности дыхания экосистемы, т.е. эмиссии СО₂, от температуры почвы. Для метана получены линейные отрицательные зависимости во всех трёх камерах – рост температуры почвы усиливает его поглощение. У N₂O очень слабые положительные зависимости в обеих прозрачных камерах (с растительностью и без неё). Оценки вклада эмиссии CO₂ из почвы показали, что в ночное время микробное дыхание может вносить вклад в общее дыхание экосистемы от 46,7 до 77,9%. В среднем за сутки доля поглощения метана почвой, обусловленного диффузией и свободной метанотрофией, изменяется от 5,3 до 48,3%. Меньше она становится в дневное время и увеличивается в ночное. Вклад почвы без растительности в общую эмиссию N₂O может составлять до 92,3%. Полученные результаты должны расширить сведения о газообмене «почва – атмосфера» в условиях меняющегося климата.

Ссылка: https://ao.iao.ru/ru/content/vol.37-2024/iss.09/6

Таяние арктической многолетней мерзлоты может кардинально изменить поверхность Земли в северных высоких широтах. Авторы используют вихреразрешающую (LES) модель пограничного слоя атмосферы для изучения деформаций нейтрально стратифицированного пограничного слоя под влиянием изменения структуры неоднородной подстилающей поверхности. Стохастическая модель поверхности основана на гауссовых случайных полях, моделирующих типичные ландшафты многолетней мерзлоты. Учтены характерные особенности двух классов земельного покрова: травянистые угодья и открытые водоёмы. Модельные различия отдельных участков поверхности задаются величиной шероховатости поверхности и поверхностного потока явного тепла. Проводится ряд экспериментов, в которых два параметра, доля площади озёр и величина масштаба корреляции между характеристиками разных участков поверхности, варьируются для изучения чувствительности структуры пограничного слоя к изменениям характеристик неоднородности поверхности. Основные выводы из моделирования следующие: доля суммарной площади озёр оказывает существенное влияние на агрегированный поток явного тепла на высоте перемешивания, где неоднородности поверхности сглаживаются. Чем больше доля площади озёр, тем меньше поток явного тепла. Этот результат приводит к потенциальному механизму обратной связи. Когда Арктика высыхает из-за потепления климата, взаимодействие с пограничным слоем атмосферы может ускорить таяние многолетней мерзлоты. Кроме того, высота перемешивания показывает значительную зависимость от величины масштаба корреляции поверхностных особенностей. Большая величина корреляции поверхности приводит к увеличению высоты перемешивания. Этот вывод имеет значение для моделей поверхности суши, связанных с многолетней мерзлотой Арктики, поскольку они обычно не учитывают метрику неоднородности, которая описывается масштабом корреляции характеристик отдельных участков поверхности.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040794

Северо-восточный шельф Гренландии — это регион, который в настоящее время считается ежегодным чистым поглотителем углекислого газа (CO₂) из атмосферы. Вода с северо- восточного шельфа Гренландии переносится в области формирования североатлантических глубинных вод; поэтому любой углерод, хранящийся в регионе, может сохраняться в мировых океанах в масштабах времени термохалинной циркуляции. Здесь представлено наиболее обширное на сегодняшний день исследование химии углерода на северо-восточном шельфе Гренландии, ставшее возможным благодаря оппортунистическому отбору проб из-за внезапного снижения концентрации морского льда в конце августа и сентябре 2017 года. Это первые измерения общей щёлочности и растворённого неорганического углерода на полной глубине на широтах между 75 и 79° с.ш., с дополнительными данными, собранными в районе Северо-Восточной водной полыньи и за пределами пролива Янг. Было обнаружено, что концентрации поверхностного слоя перемешивания изменчивы и (для многих станций) выше, чем интерполированная концентрация в атмосфере для региона в период отбора проб. Ниже поверхностного слоя перемешивания концентрации CO₂ увеличиваются линейно с уменьшением кажущегося использования кислорода. Слой перемешивания углубляется в течение периода исследования; это связано с кажущимися изменениями в поглощении CO₂. Северо-восточный шельф Гренландии является гидрологически сложным регионом со многими процессами, влияющими на карбонатную систему в меньших масштабах, чем плотность отбора проб авторами. Разброс в наборе данных представляет собой больше, чем просто выбросы, и отсутствие связи между выбросами и любой измеренной переменной указывает на сильное влияние в настоящее время неописанного (набора) переменных и/или процессов в масштабах отбора проб. Эти данные были собраны во время радикально низких концентраций морского льда для региона и могут быть показателем будущих условий. Поскольку они указывают на потенциал региона выступать в качестве сезонного источника выбросов CO₂ в атмосферу, это может изменить текущую оценку региона как мощного ежегодного чистого поглотителя, который относительно защищён от непосредственного влияния атмосферного потепления и изменения климата.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/4037/2024/

Модельное представление поглощения и хранения углерода имеет важное значение для точного прогнозирования реакции арктическо-бореальной зоны на быстро меняющийся климат. Модельные оценки индекса площади листвы LAI и надземной биомассы, которые могут оказывать заметное влияние на модельные прогнозы поглощения и хранения углерода, существенно различаются в арктической и бореальной зоне, что затрудняет правильную интерпретацию модельных оценок валовой первичной продуктивности. Чтобы понять и исправить смещение LAI и надземной биомассы в модели CLM (Community Land Model), авторы ассимилировали 8-дневное наблюдение LAI спектрорадиометром с умеренным разрешением (MODIS) и продукт машинного обучения годовой надземной биомассы в CLM с использованием фильтра Калмана с поправкой ансамбля в экспериментальном регионе, включая Аляску и Западную Канаду. Ассимиляция LAI и надземной биомассы снизила эти модельные оценки на 58% и 72% соответственно. Изменение надземной биомассы согласуется с независимыми оценками высоты верхней части полога как на региональном, так и на локальном уровнях. Оценка системы International Land Model Benchmarking показала, что ассимиляция данных значительно улучшила производительность CLM при моделировании углеродного и гидрологического циклов, а также при представлении функциональных связей между LAI и другими переменными. Чтобы ещё больше уменьшить оставшееся смещение в валовой первичной продуктивности после коррекции смещения LAI, авторы перепараметризовали CLM для учёта подавления фотосинтеза при низких температурах. Модель с поправкой на смещение LAI, включающая новую параметризацию, показала наилучшее соответствие с эталонными показателями модели. Объединение ассимиляции данных с параметризацией модели обеспечивает полезную основу для оценки фотосинтетических процессов в моделях, описывающих явления на поверхности суши.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2024JG008004

Выбросы от сжигания биомассы являются значительным источником загрязнения воздуха, что может негативно повлиять на качество воздуха и экосистемы в тысячах километров по направлению ветра. Эти выбросы можно оценить с помощью подхода «снизу вверх», который опирается на потреблённое топливо и стандартизированные коэффициенты выбросов. Выбросы также обычно выводятся с помощью подхода «сверху вниз», используя наблюдаемую со спутника мощность излучения пожара в качестве косвенного показателя потребления топлива. Выбросы от сжигания биомассы также можно оценить напрямую с помощью спутниковых наблюдений за следами газов, включая оксид углерода (CO). Здесь исследуется потенциал полученных со спутника показателей выбросов CO от сжигания биомассы и предоставлены новые сведения о понимании полученных со спутника выбросов CO от пожара во всём мире с учётом различий в регионах и типах растительности. В частности, использованы наборы спутниковых данных с высоким пространственным разрешением TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) для непосредственного получения величины выбросов CO при сжигании для отдельных пожаров в период с 2019 по 2021 гг. по всему миру. Используя синтетические данные (с известными выбросами), авторы показывают, что методология прямой оценки выбросов имеет 34% неопределённости для получения выбросов CO (и общую неопределённость 44%, включая неопределённость, обусловленную ветром и содержанием СО в столбе). Из выбросов CO, полученных с помощью TROPOMI, они выводят коэффициенты выбросов, специфичные для биома (выбросы относительно мощности излучения пожара), объединяя прямые оценки выбросов и наблюдаемую со спутника мощность излучения пожара с помощью спектрометра визуализации умеренного разрешения (MODIS). Эти коэффициенты выбросов используются для установления в подходе «сверху вниз» ежегодных кадастров выбросов CO от сжигания биомассы, показывающих, что в Африке Южного полушария самые высокие выбросы CO от сжигания биомассы (более 25% от общемирового объёма в 300–390 Мт CO год⁻¹ в период с 2003 по 2021 гг.), и почти 25% мировых выбросов CO от сжигания биомассы приходится на пожары широколиственных вечнозеленых деревьев. Всестороннее сравнение прямых оценок, в обоих подходах даёт представление о сильных и слабых сторонах каждого метода: FINN2.5 имеет более высокие выбросы CO (в 2–5 раз), чем все другие кадастры, оценённые в этом исследовании. Анализируются тенденции за последние два десятилетия в различных регионах мира, показывающие, что глобальные выбросы CO₂ от сжигания биомассы в целом сократились (на 5,1–8,7 млн т CO₂ в год), при этом в некоторых регионах наблюдается рост, а в других — снижение выбросов.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/10159/2024/

Чукотское море — открытый эстуарий в юго-западной Арктике. Его солёность приповерхностного слоя выше, чем в окружающих открытых арктических водах из-за ключевого притока более солёных и тёплых вод Тихого океана через Берингов пролив. Такое распределение солёности может указывать на то, что межгодовые изменения в переносе масс Берингова пролива являются единственным и доминирующим фактором, формирующим распределение солёности в нижнем течении Чукотского моря. Используя спутниковые данные о солёности поверхности моря (СПМ) и оценки переноса Берингова пролива на основе альтиметрии, авторы анализируют связь между переносом в проливе и распределениями СПМ Чукотского моря с 2010 года, уделяя особое внимание периоду без льда с лета по осень. Сравнение пяти различных спутниковых продуктов СПМ показывает, что аномальная СПМ, пространственно усреднённая по Чукотскому морю в период без льда, является постоянной среди них. Наблюдаемые межгодовые временные изменения в спутниковой СПМ подтверждаются сравнением с наборами данных корабельного термосалинографа. Известно, что изменчивость переноса в Беринговом проливе обусловлена локальным меридиональным ветровым напряжением и градиентом уровня моря между Тихим океаном и арктическими морями (напором). Этот напор, в свою очередь, связан с атмосферным средним уровнем моря, подобным арктическому колебанию, над высокоширотной Арктикой, которое управляет аномальными зональными ветрами над Чукотским морем и влияет на его уровень через динамику Экмана. Спутниковые аномалии СПМ, усреднённые над Чукотским морем, показывают положительную корреляцию с аномалиями переноса в проливе за предыдущие месяцы. Эта корреляция подтверждается с использованием двух более длительных (>40 лет) отдельных моделей ассимиляции океанических данных с более высоким (0,1°) или более низким (0,25°) пространственным разрешением. Связь между переносом в проливе и аномалиями СПМ в Чукотском море, как правило, сильнее в модели с низким разрешением. Область реакции СПМ, коррелирующая с переносом в проливе, расположена вдоль северного побережья Чукотского полуострова в Сибирском прибрежном течении и прилегающих зонах. Корреляция между ветровыми структурами, определяющими изменчивость в Беринговом проливе, и изменчивостью Сибирского прибрежного течения обусловлена корректировкой уровня моря в прибрежной зоне в ответ на изменяющиеся ветры, что, в свою очередь, инициирует перенос в проливе. Из-за конфигурации береговой линии Чукотки вклад вносят как зональная, так и меридиональная компоненты ветра.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/18/3397

В то время как подходы, основанные на данных, демонстрируют большой потенциал в атмосферном моделировании и прогнозировании погоды, моделирование океана создаёт особые проблемы из-за сложной батиметрии, рельефа, вертикальной структуры и нелинейности потока. В этом исследовании представлен OceanNet, основанный на принципах нейронный операторный цифровой близнец для региональной эмуляции высоты морской поверхности. OceanNet использует нейронный оператор Фурье и схему интеграции предиктор-оценка-корректор для смягчения роста авторегрессионной ошибки и повышения стабильности в расширенных временных масштабах. Спектральный регуляризатор противодействует спектральному смещению в меньших масштабах. OceanNet применяется к западному граничному течению северо-западной части Атлантического океана (Гольфстриму), фокусируясь на задаче сезонного прогнозирования для вихрей кольцевого течения и меандра Гольфстрима. Обученный с использованием исторических данных о высоте морской поверхности, OceanNet демонстрирует конкурентоспособные качества прогнозирования по сравнению с современным прогнозом динамической модели океана, сокращая вычисления в 500 000 раз. Эти достижения демонстрируют первые шаги на пути к созданию основанных на физике глубоких нейронных операторов в качестве экономически эффективной альтернативы численным моделям океана с высоким разрешением.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-024-72145-0 

Содержание кислорода и микробная распространённость могут не оказывать такого влияния на осаждение углерода, как считалось ранее.

Морской фитопланктон поглощает атмосферный углерод и переносит его на морское дно, когда он умирает и тонет (процесс, известный как седиментация органического углерода). Этот биологический углеродный насос является мощной частью углеродного цикла Земли, однако у учёных нет полной картины скоростей седиментации морского органического углерода.

Теглер и др. (Tegler et al.) недавно собрали такие скорости в районах континентальных окраин, чтобы помочь составить глобальную картину морского транспорта углерода на морское дно. Во многих исследованиях были сделаны выводы о насосе на основе состояния поверхностных вод, например, с помощью спутниковых снимков для оценки обилия хлорофилла, пигмента, присутствующего в фитопланктоне, позволяющего растениям собирать энергию из солнечного света. В новом исследовании авторы вместо этого сосредоточились на оценках, полученных с помощью геохимического анализа океанических отложений. Такие оценки сложнее получить, но они предлагают более прямой способ измерения седиментации углерода.

Как показал анализ, подавляющее большинство органического вещества, которое падает на океанское дно (около 92%), оказывается в маргинальных регионах вблизи континентов. Кислород помогает микробам расщеплять органические вещества, поэтому некоторые исследователи предположили, что органические вещества с большей вероятностью останутся нетронутыми — и, следовательно, упадут на дно океана и будут захоронены — в районах с низким содержанием кислорода. Однако недавнее исследование предполагает, что менее 4% мирового органического углерода, оседающего в осадочных породах, оказывается в районах с низким содержанием кислорода в придонной воде, возможно, из-за присутствия других химических веществ, помогающих расщеплять органические вещества.

Обилие хлорофилла на поверхности океана также, по-видимому, не коррелирует со скоростью оседания органических веществ, что является нелогичным выводом, учитывая, что когда фитопланктона больше, больше его должно опускаться и захорониться в осадке. Однако измерение распространённости фитопланктона является сложной задачей, и авторы пишут, что необходимо дальнейшее изучение связи между численностью фитопланктона и скоростью оседания.

Согласно исследованию, наиболее влияющим фактором на оседание углерода в пограничных районах океана, по-видимому, является глубина воды, причём небольшие глубины коррелируют с самой высокой скоростью оседания углерода. Исследователи отмечают, что у органического вещества просто не остаётся достаточно времени для разложения при перемещении по мелководью, что позволяет большему его количеству достигать дна океана. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001000, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/shallow-waters-make-the-best-carbon-sinks

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) использует сценарии выбросов для изучения ряда будущих климатических результатов, но воздерживается от присвоения вероятностей реализации отдельных сценариев. Однако авторы МГЭИК имеют свои собственные взгляды на вероятность различных климатических результатов, которые ценны для понимания, поскольку авторы обладают как экспертными знаниями, так и значительным влиянием. Здесь сообщается о результатах опроса 211 авторов МГЭИК о вероятности четырёх ключевых климатических результатов. Обнаружено, что большинство авторов скептически относятся к тому, что потепление ограничится парижскими целями значительно ниже 2°C, но более оптимистичны в отношении того, что суммарные нулевые выбросы CO₂ будут достигнуты во второй половине этого столетия. Когда их спросили об убеждениях их коллег, ответы авторов показали сильную корреляцию между личными и сверстническими убеждениями, что говорит о том, что участники с крайними убеждениями воспринимают свои собственные оценки как более близкие к среднему значению по сообществу, чем они есть на самом деле.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01661-8