Долгосрочные (1982–2019 гг.) спутниковые записи климатических данных аэрозолей и облаков, данные реанализа метеорологических полей и методы машинного обучения используются для изучения воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака над Мировым океаном в климатологической перспективе. Анализ сосредоточен на трёх широтных поясах, где глубокие конвективные облака чаще встречаются: на севере средних широт, тропической широте и юге средних широт. Установлено, что аэрозольное воздействие на морские глубокие конвективные облака можно обнаружить только на севере средних широт по многолетним осреднённым спутниковым наблюдениям за аэрозолями и облаками. В частности, размер частиц облаков более восприимчив к эффекту аэрозоля по сравнению с другими микрофизическими переменными облаков (например, с оптической толщиной облаков). Признаки воздействия аэрозоля на глубокие конвективные облака могут быть легко скрыты метеорологическими ковариациями макрофизических переменных облаков, таких как облачный покров и температура верхней границы облаков. В результате анализа машинного обучения обнаружено, что первичный аэрозольный эффект (т.е. аэрозольный эффект без метеорологических обратных связей и ковариаций) может частично объяснить активизацию аэрозольной конвекции на верхней границе облаков и что для точного определения аэрозольной конвекции необходимо учитывать метеорологические обратные связи и ковариации. В результате приведённого анализа разложения сингулярных значений авторы обнаружили, что аэрозольные эффекты в трёх ведущих главных компонентах (PC) могут объяснить около одной трети дисперсии облачных переменных, наблюдаемых со спутника, а значительные положительные или отрицательные тенденции наблюдаются только в основном компоненте PC1 переменных облаков и аэрозолей. Основной компонент PC1 является эффективным способом обнаружения аэрозольного воздействия на глубокие конвективные облака. Эти результаты ценны для оценки и улучшения взаимодействия аэрозоля и облаков в долгосрочном климатическом моделировании с помощью глобальных климатических моделей.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2072-4292/16/13/2487

Засуха создаёт всё более серьёзные проблемы для мирового производства продуктов питания. Знания о влиянии засухи на развитие сельскохозяйственных культур и о роли свойств почвы в анализе риска засухи и смягчении её последствий на ландшафтном уровне важны для руководства адаптацией к изменению климата. Спутниковые наблюдения могут дать представление о процессах роста сельскохозяйственных культур на всей территории, что может помочь выявить факторы риска и количественно оценить уязвимость к засухе. Авторы оценивают потенциал Sentinel-2 для выявления взаимодействия параметров роста растений и почвы в переменных погодных условиях. В качестве примера оценивается рост озимой пшеницы на 13 полях, принадлежащих коммерческим фермерам на юге Швеции, в засушливый год и в год с нормальными погодными условиями. Для отслеживания роста сельскохозяйственных культур индекс площади зеленых листьев (GLAI) оценивался на основе спутниковых изображений с использованием модели переноса радиации. Коэффициенты скорости роста озимой пшеницы, пика GLAI и времени пика GLAI были получены на основе развития GLAI на уровне одного поля. 

Затем авторы сравнили показатели роста урожая за два года и по полям и связали их с измеренными свойствами почвы. Обнаружены более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями. Было также показано, что увеличение пика GLAI в засушливый год связано с более высокой скоростью роста, чего не было в год с нормальными осадками. Различия в развитии сельскохозяйственных культур между годами были большими для некоторых полей и небольшими для других: это позволяет предположить, что свойства почвы играют роль в реакции сельскохозяйственных культур на засуху. Обнаружено, что поля с более высоким объёмом доступной воды для растений имели более высокую урожайность в засушливый год и меньшую относительную разницу в темпах роста между двумя годами. Наблюдаемые более низкие темпы роста, более низкий и более ранний пик GLAI в засушливый год по сравнению с годом с нормальными погодными условиями демонстрируют, что спутниковые изображения могут использоваться для количественной оценки взаимодействия растений, почвы и погоды в масштабах, соответствующих коммерческому сельскому хозяйству. Это исследование служит первым шагом на пути к поддержке управления рисками засухи, адаптации к засухе и коммуникационной деятельности по этой важной теме.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1872/

Третий полюс — крупнейшее в мире нагорье, имеющее один из крупнейших на Земле резервуаров ледниковой массы льда и снежного покрова. Три крупнейшие азиатские реки (Инд, Ганг и Брахмапутра) питаются за счёт таяния ледников и снега в Центральных Гималаях, что важно для социально-экономической устойчивости и водной безопасности Южной Азии. Здесь исследуются долгосрочные (1980–2020 гг.) изменения высоты снежного покрова и количества осадков на Третьем полюсе, где основные осадки выпадают в виде осадков летом и снегопадов зимой и весной. Средняя сезонная высота снежного покрова большая (≥1 м) зимой и незначительная (≤0,2 м) летом. Средний вес талого снега и эквивалент снеговой воды весной выше в центральных и западных хребтах Гималаев и Каракорума, которые являются регионами с наибольшим количеством ледников на Третьем полюсе. Существует значительная положительная тенденция общего количества осадков, около 0,01–0,03 мм сут^-1 год^-1 в центральной и восточной частях Третьего полюса во время южноазиатского летнего муссона за период 1980–2020 гг. Таяние снега также увеличивается (>0,5 × 10^-3 мм год^-1) в западных Гималаях весной, что согласуется с повышением там температуры (0,04–0,06°C год^-1). Кроме того, наблюдается заметное увеличение среднегодовой скорости таяния ледников (здесь – толщина водного эквивалента) на Третьем полюсе (от –1 до –5 см в.э. год^–1), с самыми высокими значениями в восточных и центральных Гималаях (от –3 до −5 см в.э.  год^-1), по оценкам на период 2003–2020 гг. Вдобавок к этому, к концу XXI века прогнозы проекта CMIP6 показывают, что произойдёт значительное уменьшение толщины снежного покрова и повышение температуры на Третьем полюсе во всех сценариях общих социально-экономических путей (SSP). Отныне тенденция к повышению температуры и таянию снега/ледников на Третьем полюсе станет серьёзной угрозой для регионального климата, водной безопасности и средств к существованию жителей Южной Азии.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00710-5

Тропические циклоны в последние годы испытали миграцию к полюсам, но существует ли это в будущих прогнозах с использованием климатических моделей высокого разрешения, остаётся неясным. В этом исследовании изучается миграция тропических циклонов к полюсам над западной частью севера Тихого океана с использованием моделей CMIP6-HighResMIP. Сначала оценивается эффективность модели по частоте и широте генезиса тропических циклонов, которые сильно отличаются от наблюдений, особенно зимой и весной из-за неправильной интерпретации внетропических штормов. В этом исследовании предлагается пересмотренный метод обнаружения с ограничениями, основанный на температуре поверхности моря и атмосферных условиях, чтобы устранить это расхождение. Результаты показывают, что пересмотренный метод обнаружения хорошо справляется с определением годового цикла частоты и широты образования тропических циклонов. Будущие прогнозы, сделанные с помощью этого метода, показывают, что широта образования тропических циклонов и максимальная интенсивность за всё время их жизни претерпевают сдвиг к полюсам, причём первая оказывается более значительной. Пространственные изменения индекса динамического потенциала генезиса и крупномасштабной среды могут объяснить этот сдвиг. Также обсуждаются региональные изменения циркуляции Хэдли, роль глобального потепления и внутренней изменчивости.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00704-3

Авторы анализируют источники распространения реакции зимнего стратосферного полярного вихря (СПВ) в северном полушарии на глобальное потепление в модельных расчётах фазы 5 (CMIP5) и фазы 6 (CMIP6) проекта взаимного сравнения климатических моделей. Около половины межмодельного разброса в прогнозах СПВ по моделям CMIP6, но менее трети в моделях CMIP5 можно объяснить межмодельным разбросом при движении стационарных планетарных волн. В CMIP6 ослабление СПВ в основном обусловлено увеличением потока восходящих волн из тропосферы, тогда как усиление СПВ связано с увеличением распространения волн к экватору от полярной стратосферы. Авторы проверяют гипотетические факторы, способствующие изменениям в восходящих и экваториальных потоках планетарных волн, и показывают, что межмодельная регрессия с использованием прогнозируемых темпов глобального потепления, усиления субтропической струи и смещения ветра в нижней стратосфере в основном состоянии в качестве предикторов может объяснить почти ту же долю разброса СПВ в CMIP6, что и движение планетарных волн (r = 0,67). Зависимость разброса СПВ от отклонений модели в ветрах основного состояния предлагает возможное возникающее ограничение; однако большая неопределённость не позволяет существенно сократить прогнозируемый разброс СПВ. Отсутствие этой зависимости в CMIP5 также требует лучшего понимания основных причин. Эти результаты улучшают понимание прогнозируемой неопределённости СПВ; однако дальнейшее уменьшение неопределённости остается сложной задачей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JD040823

Метод машинного обучения используется для выявления источников долгосрочной предсказуемости ЭНЮК в океане (температура поверхности моря (ТПМ) и теплосодержание) и атмосфере (приземный зональный ветер (U10)). Тропическая ТПМ представляет собой основной источник для прогнозирования. Хотя U10 не увеличивает качество, когда он связан с ТПМ, анализ показывает, что один только U10 обладает качествами прогнозирования, сравнимыми с качествами ТПМ, на период от 11 до 21 месяца вперёд, с поздней осени до поздней весны. Сигнал с длинным опережением возникает в результате взаимодействия ветра и ТПМ в Индийском океане и распространяется через Тихий океан посредством механизма атмосферного моста. Линейный корреляционный анализ подтверждает этот механизм, предполагая наличие предвестнической связи между аномалиями ТПМ на западе и ветром на востоке Индийского океана. Эти результаты имеют важное значение для прогнозов ЭНЮК на один ближайший год и определяют ключевую роль U10 над Индийским океаном.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105194

Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК) в условиях потепления климата широко изучалось, но реакции после 2100 года уделялось мало внимания. Здесь, используя долгосрочное моделирование, авторы обнаружили, что, хотя изменчивость ЭНЮК демонстрирует разнообразные изменения в краткосрочной перспективе, к 2300 году произойдёт значительное снижение его изменчивости. Продолжающееся потепление после 2100 года «подталкивает» температуру поверхности моря выше порога конвекции над восточной частью Тихого океана, вызывая коллапс среднего экваториального апвеллинга с усиленной глубокой конвекцией. Показано, что ослабленная обратная связь термоклина из-за коллапса апвеллинга и увеличения коэффициента теплового расширения, а также усиленного термодинамического затухания имеет решающее значение для уменьшения амплитуды ЭНЮК в условиях устойчивого потепления. Эти результаты предполагают пороговое поведение в тропической части Тихого океана, где конвективная атмосфера над восточной экваториальной частью Тихого океана вызывает резкие сдвиги в изменчивости ЭНЮК. Этот порог не преодолевается в сценариях с низким уровнем выбросов. 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-024-02061-8   

С момента запуска TROPOMI на спутнике Sentinel-5 Precursor (S5P) наблюдения за NO2 стали доступны с разрешением 3,5× 5 км, что делает возможным мониторинг выбросов NOx в масштабах городских районов и промышленных объектов. В Европе данные о выбросах сообщаются ежегодно по странам и крупным промышленным объектам и публикуются через Европейское агентство по окружающей среде (European Environment Agency, EEA). Спутниковые наблюдения могут предоставить независимую и более своевременную информацию о выбросах NOx. Была разработана новая версия алгоритма инверсии DECSO (Daily Emissions Constrained by Satellite Observations, дневные выбросы, ограниченные спутниковыми наблюдениями) для расчёта выбросов в Европе на ежедневной основе, усреднённых по среднемесячным картам. Оценочная точность этих ежемесячных выбросов составляет около 25% для отдельных ячеек сетки. Эти данные DECSO о полученных со спутников выбросах, сравнивались с официально сообщаемыми европейскими выбросами и пространственно-временными дезагрегированными кадастрами выбросов. Общие выбросы DECSO NOx по стране близки к зарегистрированным выбросам и выбросам, собранным Службой мониторинга атмосферы «Коперник» (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS). Сравнение пространственно распределённых выбросов NOx от DECSO и CAMS показало, что выбросы, полученные со спутников, часто выше в городах, в то время как они близки для крупных электростанций и немного ниже в сельской местности.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7523/2024/

Летний азиатский муссон имеет сильную конвекционную составляющую, благодаря которой аэрозоли могут подниматься в нижние слои стратосферы. Из-за обычно длительного времени жизни и переноса на большие расстояния аэрозоли остаются там гораздо дольше, чем в тропосфере, а также могут переноситься по всему земному шару. Целью данного исследования является синергия между результатами химической лагранжевой модели стратосферы (CLaMS) и измерениями KARL (Koldewey Aerosol Raman Lidar) в AWIPEV*, Ню-Олесунн в Арктике, путём сравнения результатов CLaMS с образцовыми днями лидарных измерений, а также анализа стратосферного аэрозольного фона. Авторы использовали глобальное трёхмерное моделирование лагранжева переноса, включая трассеры поверхностного происхождения, а также обратные траектории, чтобы идентифицировать области источников аэрозольных частиц, измеренных над Ню-Олесунном. Они проанализировали лидарные данные за 2021 год и обнаружили, что стратосфера в целом оставалась ясной, без явных слоев аэрозоля от извержений вулканов или сжигания биомассы. Тем не менее был обнаружен очевидный годовой цикл коэффициента обратного рассеяния с более высокими значениями в конце лета-осенью и более низкими значениями в конце зимы. Результаты работы модели CLaMS показывают, что с конца лета до начала осени нити с высоким содержанием воздуха, происходящие из Южной Азии – одного из самых загрязнённых регионов мира – достигают Арктики на высотах между 360 и 380 К потенциальной температуры. Авторы обнаружили совпадающее измерение между прохождением такой нити и лидарными наблюдениями и подсчитали, что обратное рассеяние и деполяризация увеличились примерно на 15% во время этого события по сравнению с фоновой концентрацией аэрозоля. Таким образом, показано, что азиатский летний муссон является слабым, но измеримым источником арктических стратосферных аэрозолей в конце лета – начале осени.

*AWIPEV - французско-немецкая исследовательская база в Ню-Олесунне, Шпицберген, организованная совместно Немецким институтом полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (AWI) и Французским полярным институтом им. Поля-Эмиля Виктора (IPEV).

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/7535/2024/

Новое исследование предполагает, что морская жизнь всё чаще сталкивается с тройной угрозой: экстремальной температурой воды, низким уровнем кислорода и подкислением воды. 

Морская жизнь в толще воды зависит от правильного сочетания температуры воды, кислотности и уровня кислорода, поэтому такие существа, как рыбы и планктон, могут сильно пострадать от сильных региональных колебаний любого из этих параметров. Когда два или даже все три «выходят из строя», окружающая среда может стать непригодной для жизни для многих видов. 

Поскольку изменение климата, как правило, приводит к нагреванию океана, повышению его кислотности и снижению уровня кислорода, растёт обеспокоенность по поводу этих региональных событий с множеством угроз, известных как экстремальные явления, связанные с комплексными угрозами. 

Теперь Вонг и др. (Wong et al.) сообщают, что с начала 1960-х годов крайности в отношении комплексных угроз усиливались: увеличивались в объёме, длились дольше и возникали чаще. Команда пришла к этим выводам, используя модель системы Земли для создания компьютерного моделирования верхних 300 метров Мирового океана с 1961 по 2020 гг. 

Анализ показывает, что к 2020 году экстремальные явления с сочетанием трёх угроз — события, включающие сближение экстремальных температур, высокой кислотности и низкого уровня кислорода — занимали в 39 раз больший объём океана, длились в три раза дольше и были в шесть раз более интенсивными, чем в начале 1960-х гг. Эти явления тройной угрозы происходят в тропических водах и в северной части Тихого океана и, как правило, связаны с циклическим глобальным климатическим режимом, известным как Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНЮК). 

Моделирование также показало, что в целом экстремальные условия двойной и тройной угрозы длятся 10–30 дней и уменьшают количество обитаемого пространства в затронутой толще воды до 75%. Изменение климата, вызванное антропогенной деятельностью, является основной движущей силой эскалации этих экстремальных явлений. 

Эти результаты могут стать основой для дальнейших исследований воздействия экстремальных значений комплексных угроз на различные виды, экосистемы и рыболовство. (AGU Advances, https://doi.org/10.1029/2023AV001059, 2024)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/in-hot-water-and-beyond-marine-extremes-escalate