Волны тепла являются одними из наиболее изученных атмосферных аномалий, но обычно изучаемые закономерности приземных температур дают лишь ограниченное представление об их сложной структуре. Авторы предлагают и оценивают новый подход к анализу волн тепла как трёхмерного явления, используя реанализ ERA5 в трёх европейских регионах в течение 1979–2022 гг. Введены четыре типа волн тепла в зависимости от их вертикальных сечений температурных аномалий: приземные, нижнетропосферные, верхнетропосферные и вездесущие. Отдельные типы волн тепла различаются по продолжительности, преимущественному проявлению в течение лета и предпосылке увлажнения почвы. В то время как приземные волны тепла могут сохраняться более двух недель, волны тепла, расположенные в основном в верхних слоях тропосферы, являются самыми короткими (максимум пять дней). Из этого следует, что для поддержания длительных волн тепла адвекция тепла должна сопровождаться распространением вниз положительных температурных аномалий за счёт оседания воздуха и диабатического нагрева. Также показано, что предварительное кондиционирование влаги в почве имеет решающее значение только для приповерхностных волн тепла, тем самым указывая на различные движущие механизмы для отдельных типов трёхмерных волн тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01497-2

Атмосферные реки, ответственные за экстремальные погодные условия, представляют собой структуры в средних широтах, способные нанести значительный ущерб прибрежным территориям. Хотя прогнозирование атмосферных рек на срок более двух недель остаётся сложной задачей, прошлые исследования показывают, что потенциальные выгоды могут быть получены при правильном учёте изменений температуры поверхности моря за счёт взаимодействия воздуха и воды. В этой статье авторы исследуют влияние атмосферных рек на температуру поверхности моря над северной частью Тихого океана, анализируя 25-летние данные реанализа океана с использованием уравнения бюджета температуры поверхности моря. Показано, что в области сильной модификации океана его динамика может компенсировать более 100% аномального потепления температуры поверхности моря, которое в противном случае возникло бы в результате атмосферного воздействия. Среди всех океанических процессов агеострофическая адвекция и вертикальное перемешивание (диффузия и унос) являются наиболее важными факторами изменения реакции тенденции температуры поверхности моря. Реакция тенденции температуры поверхности моря на атмосферные реки варьируется в пространстве. Например, в прибрежной Калифорнии движущей силой усиленного потепления температуры поверхности моря является уменьшение агеострофической адвекции из-за аномальных южных ветров. Более того, существует большой регион, где температура поверхности моря демонстрирует реакцию потепления на атмосферные реки, обусловленную общим сокращением количества облаков и последующим увеличением общего количества приходящей коротковолновой радиации.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48486-9

Недавние исследования показывают, что практически все модели глобального климата испытывали трудности с воспроизведением тенденций изменения температуры поверхности моря за последние четыре десятилетия. Модели демонстрируют усиление потепления в восточной части экваториальной части Тихого океана и потепление в Южном океане, в то время как наблюдения показывают усиление потепления в Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне и небольшое похолодание в восточной части экваториальной части Тихого океана и в Южном океане. Используя новейшую модель атмосферы с более высоким разрешением и связанную систему прогнозирования Лаборатории геофизической гидродинамики, авторы показывают, что погрешности модели в характере тренда температуры поверхности моря имеют глубокие последствия для краткосрочных прогнозов статистики сильных штормов, включая частоту появления атмосферных рек, тропических штормов и мезомасштабных конвекционных систем, а также гидрологической и климатической чувствительности. Если будущая картина потепления температуры поверхности моря продолжит напоминать наблюдаемую картину последних нескольких десятилетий, а не оценки, смоделированные/предсказанные моделями глобального климата, результаты авторов предполагают (1) совершенно иной будущий прогноз сильных штормов и связанных с ними изменений гидроклимата, особенно над Западным полушарием, (2) более сильную глобальную гидрологическую чувствительность и (3) существенно меньшее глобальное потепление из-за более сильной отрицательной обратной связи и более низкой чувствительности климата. Роль структур трендов температуры поверхности моря в восточной части экваториальной части Тихого океана, Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне, Южном океане и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике изолируется, оценивается количественно и используется для понимания смоделированных различий. В частности, структуры трендов температуры поверхности моря в восточной части экваториальной части Тихого океана и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике имеют решающее значение для моделируемых различий в частоте появления атмосферных рек и мезомасштабных конвекционных систем, тогда как структуры в Индо-Тихоокеанском тёплом бассейне и главном регионе развития тропических циклонов в Северной Атлантике важны для различий в частоте тропических штормов над Северной Атлантикой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00681-7

Стратосферный озон является важной составляющей атмосферы. Значительные изменения его концентрации имеют большие последствия для окружающей среды в целом и для экосистем в частности. Авторы анализируют наземные, озонозондовые и спутниковые измерения содержания озона, чтобы изучить разрушение озона и его пространственно-временные тенденции в тропиках за последние десятилетия (1980–2020 гг.). Количество озона в столбе в тропиках относительно невелико (250–270 единиц Добсона, е.Д.) по сравнению с высокими и средними широтами (Северное полушарие: 275–425 е.Д.; Южное полушарие: 275–350 е.Д.). Кроме того, по оценкам на период 1998–2022 гг., тренд общего содержания озона в тропиках очень мал (±0–0,2  е.Д. год^–1). В отличие от недавних заявлений, не обнаружено никаких наблюдательных данных относительно признаков серьёзного истощения стратосферного озона в тропиках. Наконец, нынешнее понимание и данные наблюдений не подтверждают возможность возникновения озоновой дыры за пределами Антарктиды сегодня с учётом современных уровней галогенов в стратосфере.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/6743/2024/

Достижение климатических целей требует смягчения антропогенного изменения климата, а также понимания реакции углеродных систем суши и океана. В этом контексте ключевое значение имеют глобальные запасы углерода в почве и их реакция на изменения окружающей среды. В этой статье количественно оцениваются глобальные обратные связи углерода в почве, вызванные изменениями содержания CO₂ в атмосфере и связанными с ними изменениями климата, для моделей системы Земли в CMIP6. Стандартный подход используется для расчёта обратных связей углеродного цикла, определяемых здесь как параметры обратной связи «концентрация углерода в почве» (β_s) и «углерод-климат» (γs), которые также разбиваются на процессы, приводящие к изменению содержания углерода в почве. Показано, что чувствительность к CO₂ доминирует над изменениями содержания углерода в почве, по крайней мере, до удвоения содержания CO₂ в атмосфере. Однако обнаружено, что чувствительность почвенного углерода к изменению климата становится всё более важным источником неопределённости при более высоких концентрациях CO₂ в атмосфере.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/2759/2024/

В текущих реестрах сжигания биомассы сохраняются большие неопределённости, и выбор этих реестров может существенно повлиять на модельные результаты при оценке влияния аэрозолей сжигания биомассы на погоду и климат. Авторы оценили расхождения между кадастрами выбросов сжигания биомассы, сравнив выбросы угарного газа CO и органического углерода из семи основных регионов сжигания биомассы по всему миру в период с 2013 по 2016 гг. Основные инвентаризации при подходе «снизу вверх», включая Inventory Fire INventory из NCAR 1.5 (FINN1.5) и Global Fire Emissions Database version 4s (GFED4s), а также реестры при подходе «сверху вниз» Quick Fire Emissions Dataset 2.5 (QFED2.5) и инвентарь пожарных выбросов версии 0 на основе радиометра видимой инфракрасной визуализации (VIIRS-) (VFEI0) были выбраны для представленного анализа.

Глобальные выбросы CO колеблются от 252 до 336 Тг, при этом региональные различия достигают шестикратной разницы. Сухое вещество вносит основной вклад в региональные различия в выбросах CO (50%–80%), а на выбросы приходятся оставшиеся 20%–50%. Неопределённости в отношении сухого вещества часто возникают из-за ошибок в расчёте расхода донного топлива и площади выгорания, вызванных методами классификации растительности и продуктами обнаружения пожара. В тропиках торфяники являются источником большей топливной нагрузки и более высоких коэффициентов выбросов, чем луга. В высоких широтах увеличение доли облаков усиливает расхождение в расчётной площади пожара (или мощности излучения огня) на 20%. Глобальные выбросы органического углерода колеблются от 14,9 до 42,9 Тг, демонстрируя более высокую изменчивость, чем выбросы CO, из-за скорректированных коэффициентов выбросов в QFED2.5, при этом региональные различия достигают коэффициента 8,7. 

Кроме того, авторы применили эти кадастры выбросов сжигания биомассы к модели атмосферы сообщества версии 6 (CAM6) и оценили эффективность модели на основе наблюдений. Полученные результаты показывают, что моделирование, основанное на GFED4, лучше всего согласуется с измерениями загрязнения СО в тропосфере (MOPITT). При сравнении результатов моделирования с данными спектрорадиометра визуализации среднего разрешения (MODIS) и аэрозольной роботизированной сетью (AERONET) для оптической толщины аэрозоля, обнаружено, что не существует глобального оптимального выбора для запасов сжигания биомассы. В высоких широтах северного полушария использование GFED4 и QFED2.5 позволяет лучше фиксировать величину оптической толщины аэрозоля и суточные вариации. В экваториальной Азии GFED4 превосходит другие кадастры в представлении ежедневных изменений, особенно во время интенсивных горений. В Юго-Восточной Азии авторы рекомендуют использовать величину выбросов органического углерода из FINN1.5 в сочетании с суточной изменчивостью из QFED2.5. В Южном полушарии последний VFEI0 показал себя относительно хорошо. Это исследование имеет значение для уменьшения неопределённостей в выбросах и улучшения кадастров выбросов сжигания биомассы в дальнейших исследованиях.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/6787/2024/

Предыдущие исследования предположили возможную связь между уменьшением площади арктического морского льда и длительными (>5 дней) холодными погодными явлениями в Евразии и Северной Америке. Авторы документируют возникновение погодных режимов зимой по их продолжительности на основе анализа эмпирических ортогональных функций ежедневных полей геопотенциальных высот на высоте 500 гПа (z500) за период с ноября по март 1979–2019 гг. Значительные изменения в частоте возникновения и устойчивости Уральского гребня и слабого стратосферного полярного вихря были обнаружены между зимами после высокого и низкого осеннего ледяного покрова в Баренцевом и Карском морях. Показано, что усиление Уральского гребня сопровождается ослаблением полярного вихря, которое благоприятствует Гренландскому гребню. Похолодания в Восточной Азии сохраняются ещё пять дней после длительного Уральского гребня. Похолодания от Канады до США происходят через 2–5 дней после длительного Уральского прогиба и связаны с диполем аномалии z500 с центром над Аляской (+) и Гудзоновом заливом (–). Похолодания на востоке США происходят через 1–4 дня после длительного Уральского гребня из-за циркуляции, напоминающей структуру Тихоокеанского региона и Северной Америки. Увеличение случаев Уральского гребня зимой связано с уменьшением распространения синоптических волн на восток из Северной Атлантики в Японию и северную часть Тихого океана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JD039868

При антропогенном изменении климата глобальный гидрологический цикл усиливается со скоростью, известной как гидрологическая чувствительность. Глобальные климатические модели демонстрируют значительную неопределённость в гидрологической чувствительности. Прошлые работы показывают, что другая форма гидрологической чувствительности, полученная на основе внутренней изменчивости климата, полезна для сокращения этой неопределённости. Однако эти две формы гидрологической чувствительности слабо связаны. Авторы показывают, что разложение гидрологической чувствительности как по изменению климата, так и по внутренней изменчивости климата, на основе глобального энергетического бюджета, даёт представление о вероятном диапазоне будущих значений гидрологической чувствительности. Обнаружено, что явный теплообмен между атмосферой и океаном не учитывается в балансе энергии атмосферы при внутренней изменчивости климата, маскируя связь между гидрологической чувствительностью при внутренней изменчивости климата и при изменении климата. Если убрать эту зависимость, возникает более тесная связь. Авторы использовали наблюдения в сочетании с этой зависимостью, чтобы предположить сдвиг вверх в вероятном диапазоне будущей гидрологической чувствительности (66%, доверительный интервал: 2,00–2,36 Вт м^-2 K^-1).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00676-4

Усиленное потепление в Арктике вызывает серьёзную обеспокоенность. В частности, это связано с деградацией многолетней мерзлоты, которая, как ожидается, ускорит микробное расщепление органического углерода почвы с его дальнейшим выбросом в атмосферу в виде углекислого газа (CO₂). Мелкомасштабная изменчивость потоков CO₂ в очень мозаичных ландшафтах арктической тундры может дать представление о разнообразных реакциях отдельных растительных сообществ на изменения окружающей среды. В статье авторы вносят свой вклад в восполнение существующих пробелов, исследуя изменчивость скорости потока CO₂ в различных ландшафтных единицах для доминирующих растительных сообществ и видов растений в типичной тундре южной части полуострова Таймыр в Сибири. В целом изменчивость потока CO₂ в почве иллюстрирует четырёхкратное увеличение от несосудистой растительности, главным образом лишайников и мхов (1,05 ± 0,36 мкмоль м^-2 с^-1), по отношению к сосудистым растениям (3,59 ± 0,51 мкмоль м^-2 с^-1). Бесплодная почва («морозное бурление») имеет наименьшее значение — 0,79 ± 0,21 мкмоль м^-2 с^-1, а с учётом феномена арктического «побурения» можно ожидать дальнейшего существенного увеличения потока СО₂ по мере разрастания кустарников. Принимая во внимание высокую корреляцию с температурой верхнего слоя почвы, можно ожидать, что хорошо дренированные и относительно сухие места обитания, такие как бесплодная почва и бессосудистая растительность, будут наиболее чувствительны к наблюдаемому и прогнозируемому росту температуры в Арктике. Для смешанной растительности и сосудистых видов, предпочитающих более влажные условия, влажность почвы, по-видимому, играет большую роль. Основываясь на смоделированной сезонной структуре потока CO₂ в почве и данных об осадках, а также применив моделирование осадков in situ, авторы обрисовали роль осадков в повышении выбросов CO₂ (т.е. эффект «берёзы»). Установлено, что импульсный рост потоков СО2 в почве, наблюдаемый в первые минуты после выпадения осадков на участках с растительностью, достигает 0,99 ± 0,48 мкмоль м^-2 с^-1 на каждый один мм осадков, а на бесплодных почвах - 55-70% сдерживания выбросов CO₂ в течение первых нескольких часов. Среднее аддитивное влияние осадков на поток СО₂ в почве может достигать 7–12% за весь вегетационный период, а прогнозируемый повышенный режим осадков в Арктике может усилить общий выброс СО2 с поверхности почвы в атмосферу в течение вегетационного периода.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/6/698

По прогнозам, из-за продолжающегося изменения климата выбросы метана (CH₄) из водно-болотных угодий с растительностью в XXI веке увеличатся, что поставит под угрозу усилия по смягчению антропогенного изменения климата, направленные на ограничение глобального потепления. Однако, несмотря на сообщения о тенденциях роста выбросов, всесторонняя оценка и объяснение недавних изменений всё ещё отсутствуют. Авторы оценили глобальные выбросы CH₄ на водно-болотных угодьях с 2000 по 2020 гг. на основе совокупности шестнадцати моделей водно-болотных угодий, основанных на технологических процессах. Эти оценки средних глобальных выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях оказались на уровне 158±24 (среднее ± 1σ) Тг CH₄/год за период 2010–2020 гг., со средним десятилетним увеличением на 6–7 Тг CH₄/год по сравнению с десятилетием 2000–2009 гг. Приросты в четырёх широтных полосах 90°ю.ш.–30°ю.ш., 30°ю.ш.–30°с.ш., 30°с.ш.–60°с.ш. и 60°с.ш.–90°с.ш. составили 0,1–0,2 Тг CH₄/год, 3,6–3,7 Тг CH₄/год, 1,8–2,4 Тг CH₄/год и 0,6–0,8 Тг CH₄/год соответственно за два десятилетия. Смоделированные чувствительности CH₄ к температуре демонстрируют разумное соответствие основанным на вихревой ковариации измерениям в 34 местах. Повышение температуры было основным фактором роста, в то время как осадки и повышение концентрации CO₂ в атмосфере играли второстепенную роль с высоким уровнем неопределённости. Эти смоделированные результаты показывают, что изменение климата приводит к увеличению выбросов CH₄ на водно-болотных угодьях и что для мониторинга развития необходимы прямые и постоянные измерения.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1584/