Атлантическая меридиональная термохалинная циркуляция - важная океаническая циркуляция глобального масштаба, и её изменения могут быть причиной прошлых резких изменений климата. Здесь, используя две версии совместной климатической модели, авторы показывают, что устойчивость этой циркуляции зависит не только от фонового климата, но и от типа основного внешнего воздействия: пресной воды или парниковых газов. При преобладании пресноводного воздействия гистерезис этой циркуляции (резкий обвал/возобновление) становится возможным только в моделируемых ледниковых условиях с закрытым Беринговым проливом. В нынешних и будущих условиях воздействие как пресной воды, так и выбросов парниковых газов может разрушить эту циркуляцию, но только воздействие парниковых газов приводит к бистабильному состоянию равновесия, сравнимому с резким изменением климата. Эти результаты показывают, что статус Берингова пролива (открытый или закрытый) может способствовать или препятствовать существованию гистерезиса этой циркуляции, независимо от фоновых климатических условий, но напрямую связан с первичным форсингом.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00916-0

Сибирь, пережившая катастрофические волны тепла в 2010 и 2012 годах, является одним из регионов, в которых экстремальные климатические явления произошли недавно. Для сравнения многолетних трендов экстремальных климатических явлений в южной части Сибири с таковыми в окружающих регионах по данным наблюдений за 1950–2019 гг. рассчитано 11 экстремальных климатических индексов, а тренды в Сибири и других регионах России проанализированы с использованием статистических методов, включая t-тест Уэлча, критерий Манна – Кендалла, оценку наклона Сена и кластерный анализ. Оказалось, что высокотемпературные явления в марте в Сибири происходят чаще, чем в прилегающих районах. Однако тренды повышения высоких температур здесь были ниже, чем в северо-западном Китае и Центральной Азии. Интенсивность сильных осадков увеличивается в Сибири, как и в прилегающих районах. По сравнению с соседними территориями, проанализированными в предыдущих исследованиях, тенденция сильных осадков в Сибири увеличилась незначительно. В частности, в Сибири наблюдается более заметная тенденция к уменьшению количества сильных осадков в летнее время, чем в других регионах. Однако засушливых трендов летом в целом по Сибири не наблюдается, а в некоторых её районах наблюдается противоположный тренд летних осадков.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/7/1131

Исследование с использованием моделей поверхности суши предполагает, что в будущем увеличение выбросов метана в Арктике будет ограничено высыханием ландшафтов многолетней мерзлоты, вызванным оттепелями. Авторы используют модель системы Земли Института Макса Планка, чтобы показать, что это ограничение может быть слабее, чем считалось ранее, из-за компенсаторных атмосферных обратных связей. В двух наборах экстремальных сценариев изменение гидрологии многолетней мерзлоты повлекло расхождение гидроклиматических траекторий, что, однако, привело к сопоставимым потокам метана. В то время как во влажной Арктике площадь водно-болотных угодий почти в два раза больше, чем во всё более засушливой, последняя отличается большей доступностью субстрата из-за более высоких температур в результате уменьшения испарения, сокращения облачности и большего количества солнечного излучения у поверхности. Учитывая ограничения современных моделей и потенциальную модельную зависимость отклика атмосферы, представленные результаты дают лишь качественную оценку этих эффектов, но предполагают, что атмосферные обратные связи играют важную роль в формировании будущих выбросов метана в Арктике.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01715-3

Орошение и озеленение городов могут смягчить экстремальные температуры и уменьшить неблагоприятное воздействие жары на здоровье. Однако некоторые недавние исследования показывают, что эти вмешательства могут фактически усугубить тепловой стресс за счёт повышения влажности. В этих исследованиях используются разные индексы теплового стресса (ИТС), что затрудняет взаимное сравнение относительной роли температуры и влажности. Предложенный метод использует вариационное исчисление для сравнения чувствительности ИТС к температуре и влажности, независимо от единиц ИТС. Авторы объясняют свойства различных ИТС и определяют условия, при которых они расходятся. Выделены недавние исследования, в которых использование различных ИТС могло привести к противоположным выводам. Полученные результаты имеют важное значение для оценки ирригации и озеленения городов как адаптивной реакции на перегрев и мер по адаптации к климату в целом. Авторы призывают исследователей критически относиться к выбору ИТС, особенно в отношении последствий для здоровья; этот метод предоставляет полезный инструмент для проведения обоснованных сравнений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00408-0

Береговая эрозия является нормальным природным процессом. Однако скорость береговой эрозии, а также частота и интенсивность прибрежных наводнений в настоящее время возрастают во всём мире из-за изменения климата. Текущие реакции на береговую эрозию в первую очередь определяются факторами, характерными для данной местности, такими как высота, уклон, характеристики берега и историческая скорость изменения береговой линии, но без систематического понимания процессов изменения побережья в контексте изменения климата, включая пространственно-временные факторы, изменения уровня моря, региональные изменения волнового климата и площади морского льда. В отсутствие чёткого понимания процессов изменения прибрежной зоны большинство нынешних откликов её реагирования были основаны на рискованном предположении (т.е. нынешнее изменение прибрежной зоны будет сохраняться) и не устойчивы к будущим изменениям климата. Здесь приведён обзор литературы, обобщающий новейшее научное понимание процессов изменения прибрежной зоны в условиях изменения климата и потенциальные пробелы в исследованиях в отношении прогнозирования будущей береговой эрозии. Этот обзор показывает, что совмещённая система прибрежного моделирования с прибрежной волновой моделью (например, SWAN, MIKE21 и др.) может сыграть решающую роль как в краткосрочной, так и в долгосрочной оценке прибрежных рисков и разработке защитных мер.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-023-01901-9

Представлено первоначальное приложение NOAA-EPA Atmosphere-Chemistry Coupler (NACC) в облаке («NACC-Cloud», версия 1), обрабатывающее метеорологическую информацию по запросу и оперативную Глобальную систему прогнозирования NOAA версии 16 (GFSv16), создающее готовые к модельному использованию метеорологические файлы, необходимые для управления многомасштабным качеством воздуха сообщества Агентства по охране окружающей среды США (CMAQ). NACC является адаптацией процессора интерфейса метеорологии и химии Агентства по охране окружающей среды США версии 5 (MCIPv5) и используется в качестве основного связующего элемента в текущей оперативной модели прогнозирования качества воздуха NWS/NOAA. Разработка и использование NACC-Cloud имеют решающее значение для предоставления научному сообществу упрощённого доступа к оперативным данным NOAA GFSv16, а также определяемой пользователем обработки и загрузки готовых к использованию в модели метеорологических данных для любого регионального домена CMAQ по всему миру. Система NACC-Cloud была реализована на платформе высокопроизводительных вычислений Amazon® Web Services, и результаты этой работы показывают, что система NACC-Cloud сразу же приносит пользу сообществу специалистов по моделированию качества воздуха во всём мире.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/7/1110

Ограничение глобального потепления до 1,5°C к концу века — амбициозная цель, требующая немедленного и беспрецедентного сокращения выбросов. При отсутствии достаточного смягчения последствий в краткосрочной перспективе эта цель будет достигнута только за счёт удаления двуокиси углерода из атмосферы к концу этого столетия, что повлечёт за собой период превышения температуры. Наряду с социально-экономической осуществимостью крупномасштабного удаления СО₂, которая остаётся неясной, влияние на биогеохимические циклы и климат является ключевым фактором для оценки удаления СО₂ как варианта смягчения последствий. Эволюция концентрации CO₂ в атмосфере и климата изменяют обмен CO₂ между атмосферой и нижележащими резервуарами углерода на суше и в океане. Авторы исследуют обратные связи углеродного цикла при идеализированных и более реалистичных сценариях превышения в ансамбле моделей системы Земля. Реакция океанических и земных запасов углерода на изменения концентрации CO₂ в атмосфере и изменения климата поверхности (обратная связь концентрации углерода и углерода-климата, количественно определяемая показателями обратной связи 𝛽 и 𝛾 соответственно) демонстрирует большой гистерезис. Этот гистерезис приводит к росту абсолютных значений 𝛽 и 𝛾 во время фаз отрицательных выбросов. Этот рост пространственно достаточно однороден, поскольку пространственные закономерности обратных связей существенно не меняются в расчётах отдельных моделей. Подтверждается что метрики обратной связи 𝛽 и 𝛾 являются относительно надёжным инструментом для характеристики различий между моделями в силе обратной связи, поскольку относительная сила обратной связи остаётся в значительной степени стабильной между фазами положительных и отрицательных выбросов и между различными вариантами, хотя существуют исключения. Когда выбросы становятся отрицательными, обнаруживается, что модельная неопределённость (расхождение моделей) в 𝛽 и 𝛾 увеличивается сильнее, чем ожидалось, исходя из предположения, что неопределённости будут накапливаться линейно со временем. Это указывает на то, что реакция модели на переход от увеличения к уменьшению воздействия вносит дополнительный уровень неопределённости, по крайней мере, в идеализированном моделировании с сильным сигналом. Также кратко обсуждается существующее альтернативное определение метрик обратной связи, основанное на мгновенных потоках, а не на запасах углерода, и даются рекомендации для дальнейших действий и будущих проектов взаимного сравнения моделей. 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1127/  

Для смягчения негативных последствий загрязнения воздуха в данной статье исследуется модель прогнозирования концентрации загрязняющих веществ на основе метода машинного обучения. Во-первых, чтобы улучшить производительность прогнозирования алгоритма поиска воробья методом наименьших квадратов с опорными векторами (SSA-LSSVM), введён принцип обратной стратегии обучения, и лучшее решение получается путём оптимизации текущего и обратного решений одновременно. Во-вторых, в соответствии с нелинейными и нестационарными характеристиками данных временных рядов PM_2.5 и PM₁₀ метод декомпозиции вариационного режима (VMD) используется с целью декомпозиции исходных данных для получения соответствующего значения K. Наконец, проводится экспериментальная проверка и эмпирический анализ. В эксперименте 1 авторы проверили хорошую производительность модели на наборах данных репозитория машинного обучения в Ирвине (UCI) Калифорнийского университета. В эксперименте 2 они предсказали данные о загрязняющих веществах для ряда городов региона Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй в разные периоды времени, получили пять наборов ошибок и сравнили их с шестью другими алгоритмами. Результаты показывают, что метод прогнозирования, описанный в этой статье, имеет хорошую надёжность, и ожидаемые результаты могут быть получены при различных условиях прогнозирования.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/7/1106

Антарктический припайный морской лёд (припай) представляет собой неподвижный морской лёд, прикреплённый к берегу, севшим на мель айсбергам, шельфовым ледникам или другим выступам на континентальном шельфе. Припай образуется узкими (обычно шириной до 200 км) полосами и имеет толщину от сантиметров до десятков метров. В большинстве регионов он образуется осенью, сохраняется в течение зимы и тает весной/летом, но может оставаться в течение всего лета в определённых местах, превращаясь в многолетний лёд. Несмотря на его относительно ограниченную протяжённость (составляющую примерно от 4% до 13% всего морского льда), его присутствие, изменчивость и сезонность являются движущими силами широкого спектра физических, биологических и биогеохимических процессов, имеющих как локальные, так и далеко идущие последствия для Земной системы. Антарктический припай до недавнего времени игнорировался в исследованиях, вероятно, из-за недостаточного знания о его распределении, что привело к его репутации «недостающего кусочка антарктической головоломки». В этом обзоре представлен синтез современных знаний о физических, биогеохимических и биологических аспектах припая на основе подобластей: роста, свойств и сезонности припая; дистанционное зондирование и распределение; взаимодействие с атмосферой и океаном; биогеохимические взаимодействия; его роль в основном образовании; и припай как среда обитания травоядных. Наконец, рассматривается потенциальное состояние антарктического припая в конце XXI века, опираясь на модельные прогнозы проекта CMIP. Этот обзор также даёт рекомендации для целенаправленной будущей работы, чтобы улучшить понимание этого критически важного элемента глобальной криосферы.

Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/371804329_Antarctic_Landfast_Sea_Ice_A_Review_of_Its_Physics_Biogeochemistry_and_Ecology

Вертикальное распределение чёрного углерода (ЧУ), а также его смешанное состояние вызывают серьёзную озабоченность из-за его сильного регионального климатического и экологического воздействия. В этом исследовании вертикальные измерения проводились с помощью передвижного контейнера на базе метеорологической вышки в городской зоне Пекина в течение июня и июля. Всего было получено 112 вертикальных профилей (0–240 м), включающих концентрации ЧУ, O₃, NOx и оптические свойства аэрозолей. Исходя из концентраций ЧУ, вертикальные профили можно разделить на четыре категории: равномерный, с постепенным снижением, с резким снижением и с внезапным увеличением. Равномерный тип указывает на сильное вертикальное перемешивание с одинаковыми концентрациями загрязняющих веществ по вертикали, а типы постепенного и резкого снижения – на стабильные вертикальные условия с более высокими концентрациями загрязняющих веществ у поверхности и более низкими на больших высотах. Из-за сильной радиации летом вертикальные профили имели чёткий суточный ход, в котором ∼ 80% профилей были равномерными в дневное время и ∼ 40–90% профилей имели постепенный и резкий спад ночью. O₃ является исключением, и его концентрация обычно увеличивается с высотой даже в условиях сильного вертикального перемешивания. Распределение размеров ядер ЧУ незначительно варьировалось в вертикальном направлении, а толщина покрытия, характеризуемая отношением диаметров частицы, содержащей ЧУ, и ядра ЧУ (D_p/D_c), увеличивалась с высотой в стабильных условиях. Хотя толщина покрытия могла увеличить поглощающую способность со средним усилением поглощения 1,25 в 23:00 местного времени, вертикальная разница Dp/Dc (2%) была намного ниже, чем разница концентрации ЧУ (∼ 35%). Вертикальное изменение абсорбционной способности в основном было вызвано изменением концентрации ЧУ. Кроме того, концентрация O₃ и D_p/D_c иногда увеличивались в период с 06:00 до 08:00, но оставались стабильными в период с 08:00 до 10:00. Вертикальное перемешивание и транспортировка с более высоких уровней, таких как остаточный слой, могут существенно повлиять на свойства загрязняющих веществ на поверхности в ранние утренние часы. Это исследование демонстрирует непрерывную вертикальную картину ЧУ и его смешивания в городских районах, что было бы полезно для понимания его регионального воздействия на окружающую среду.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/7225/2023/