Закись азота (N₂O) является мощным парниковым газом с радиационным воздействием в 265–298 раз сильнее, чем у двуокиси углерода (CO₂). Увеличение содержания N₂O в атмосфере также способствует истощению стратосферного озона. Недавние полевые исследования показывают, что выбросы N₂O из арктических экосистем увеличились в результате потепления. На сегодняшний день выбросы в пространстве и во времени не получили адекватной количественной оценки. Авторы пересмотрели существующую модель биогеохимии, чтобы включить более подробные процессы биогеохимического цикла азота (N) в почве, эффекты оттаивания многолетней мерзлоты и поглощение атмосферного N₂O в почвах. Затем модель используется для анализа выбросов N₂O из панарктических наземных экосистем. Обнаружено, что как региональное производство N₂O, так и суммарные выбросы увеличились с 1969 по 2019 гг., при этом производство колебалось в пределах 1,2–1,3 Тг N в год, а суммарные выбросы в пределах 1,1–1,2 Тг N в год с учётом последствий таяния многолетней мерзлоты. Поглощение почвой N₂O из атмосферы составило 0,1 Тг N год-1 с небольшой межгодовой изменчивостью. Атмосферное осаждение N значительно увеличило выбросы N₂O на 31,5 ± 3,1%. Пространственно наземные экосистемы действуют как суммарные источники или стоки в диапазоне от -12 до 700 мг N м^-2 в год в зависимости от температуры, осадков, характеристик почвы и типов растительности в регионе. 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1047/ 

Сейчас только половина 2023 года, и так много климатических рекордов побито, что некоторые учёные бьют тревогу, опасаясь, что это может быть признаком нагрева планеты намного более быстрого, чем ожидалось.
В широко распространённом твите Брайан Макнолди (Brian McNoldy), старший научный сотрудник Школы морских, атмосферных наук и наук о Земле Розенстила при Университете Майами, назвал повышение температуры океана и воздуха «полным безумием».
Он добавил: «Люди, которые регулярно видят это, не могут поверить своим глазам. Происходит что-то очень странное».
Другие учёные говорят, что, хотя данные вызывают тревогу, они не являются неожиданными как из-за продолжающегося роста загрязнения планеты, так и из-за появления природного климатического явления Эль-Ниньо, которое имеет глобальный эффект нагрева.
По словам учёных, независимо от того, являются ли побитые рекорды признаком выходящего за пределы модельных прогнозов изменения климата или результатом разворачивающегося, как ожидалось, климатического кризиса, они остаются очень тревожным сигналом того, что грядёт.
«Эти изменения вызывают глубокую тревогу из-за того, что они значат для людей этим и каждым последующим летом, пока мы не сократим выбросы углекислого газа гораздо более быстрыми темпами, чем сейчас», — говорит CNN Дженнифер Марлон (Jennifer Marlon), научный сотрудник Йельской школы окружающей среды.
Мир уже на 1,2 градуса по Цельсию теплее, чем в доиндустриальные времена, и, по прогнозам, следующие пять лет будут самыми жаркими за всю историю наблюдений.
«Мы давно говорим об этом — как полярники и климатологи — мы говорили, что вы можете рассчитывать на то, что следующие несколько десятилетий будет постоянно теплеть», — сказал CNN Тед Скамбос (Ted Scambos), гляциолог из Университета Колорадо, Боулдер. «Мы не сможем вернуться назад, пока не примем соответствующие меры».
Вот четыре диаграммы, показывающие, насколько рекордным был этот год, а самые жаркие месяцы ещё впереди.

Глобальный скачок температуры

В 2023 году глобальная температура воздуха поднялась до рекордного уровня. Суточная температура воздуха (°C) на высоте 2 м за каждый год с 1979 по 2023 год.

Этот год обещает стать одним из самых жарких: глобальные данные показывают, что температура достигает необычно высокого уровня.
Согласно анализу, опубликованному в четверг Службой изменения климата Copernicus Европейского Союза, в первые одиннадцать дней июня наблюдались самые высокие температуры за всю историю наблюдений для этого времени года. Учёные обнаружили, что впервые глобальная температура воздуха в июне превысила доиндустриальный уровень более чем на 1,5 градуса по Цельсию.

Рекорды тепла бьются по всему миру.

В Канаде, где необычно удушающая волна тепла охватывает большую часть страны, температура побила несколько рекордов. Жара помогла подготовить почву для «беспрецедентных» ранних лесных пожаров, которые уже сжигают площадь примерно в 15 раз большую, чем в среднем для этого времени года, и распространяют опасный дым в Соединённые Штаты.
Ранее в этом месяце в Сибири также было побито несколько небывалых температурных рекордов, когда температура поднялась выше 100 градусов по Фаренгейту. Некоторые части Центральной Америки, а также Техас и Луизиана также сталкиваются с аномальными температурами. По данным Национальной метеорологической службы, в июне этого года в Пуэрто-Рико была сильная жара, когда температура поднималась выше 120 градусов по Фаренгейту.
Области Юго-Восточной Азии пережили «самую сильную жару за всю историю наблюдений», в то время как рекордные температуры в Китае убили животных и урожай и вызвали опасения по поводу продовольственной безопасности.
«Текущая ситуация странная», — сказал CNN Фил Рейд (Phil Reid) из Австралийского бюро метеорологии. «Самый странный Эль-Ниньо. Как вы должны определить или объявить Эль-Ниньо, когда везде жарко?»

Жара океана зашкаливает

В 2023 году температура поверхности океана достигла рекордного уровня. Суточная температура поверхности моря (°C) с 1981 по 2023 год

Океаны нагреваются до рекордного уровня и не собираются останавливаться. Повышение температуры поверхности океана начало тревожить учёных в марте, когда она начала подниматься, а затем взлетела до рекордных уровней в апреле, заставив учёных изо всех сил пытаться понять, почему.
По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, прошлый месяц был самым жарким за всю историю наблюдений за Мировым океаном. Это ситуация, продолжающаяся уже много лет. В 2022 году Мировой океан четвёртый год подряд побил рекорды тепла. Климатолог Максимилиано Эррера (Maximiliano Herrera), внимательно следящий за экстремальными температурами по всему миру, сказал, что не думал, что столь быстрое потепление произойдёт так скоро. «Ещё до того, как Эль-Ниньо было официально объявлено, тропики и океаны уже переживали очень быстрое потепление», — сказал Эррера. «Это было ожидаемо, да», — добавил он. — Но не так быстро, как раньше.
Потепление океана влечёт за собой ужасные последствия, в том числе обесцвечивание кораллов, гибель морских обитателей и повышение уровня моря. И хотя Эль-Ниньо обычно знаменует собой менее активный сезон ураганов в Атлантике, высокие температуры океана способствуют их усилению, потенциально сводя на нет или перевешивая демпфирующий эффект Эль-Ниньо.

Антарктический морской лёд достиг рекордно низкого уровня

Площадь морского льда в Антарктиде упадёт до рекордно низкого уровня в 2023 году. Площадь океана с не менее 15% морского льда по годам, 1981–2023 гг.

Морской лёд Антарктиды в настоящее время находится на рекордно низком уровне для этого времени года, и некоторые учёные обеспокоены тем, что это ещё один признак климатического кризиса, наступившего в этом изолированном регионе.
В конце февраля антарктический морской лёд достиг самой малой площади с момента начала регистрации в 1970-х годах и составил 691 000 квадратных миль. Это «не просто рекордно низкий уровень», — сказал тогда Скамбос. «Это очень крутой нисходящий тренд».
Поскольку в Антарктику пришла зима и морской лёд снова начал расти, уровни по-прежнему находятся на рекордно низком уровне для этого времени года.
Снижение является «действительно исключительным и тревожным», сказал Скамбос, подчеркнув, что площадь морского льда Антарктиды составляет около 386 000 квадратных миль — примерно вдвое больше площади Калифорнии — ниже, чем она должна быть в это время года.
«2023 год просто движется на «сумасшедшую территорию», — сказал он. И Рейд, и Скамбос говорят, что существует связь между этим спадом и тёплыми водами Индийского, Тихого и Атлантического океанов. По их словам, даже одной десятой градуса потепления достаточно, чтобы затормозить рост морского льда.
Сокращение морского льда также наносит серьёзный ущерб видам на континенте, в том числе пингвинам, использующим морской лёд для кормления и высиживания яиц.
«Нижняя граница, условия, от которых зависит антарктическая система, чтобы сохранить тепло и лёд, немного разрушается», — сказал Скамбос. «Это началось с необычной серии штормов в 2016 году, но наблюдается постоянный эффект, который теперь приводит к тому, что в полярный слой воды попадает больше тепла, что сдерживает рост морского льда».

Рекордный уровень содержания углекислого газа

Уровень содержания углекислого газа в атмосфере достиг нового рекордного уровня в 2023 году. Он достиг пика в 424 части на миллион в мае, увеличившись на 3,0 части на миллион по сравнению с тем же временем в 2022 году.

Уровни углекислого газа в воздухе, который выделяется в результате сжигания ископаемого топлива, достигли рекордного уровня в мае, сообщили в начале этого месяца учёные из NOAA и Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Рекорд в 424 части на миллион продолжает «неуклонный подъём, невиданный миллионы лет», — отметили учёные в своём заявлении. Уровни углеродного загрязнения, подпитывающие климатический кризис, в настоящее время более чем на 50% превосходят те, что были до начала промышленной революции, сообщает NOAA.
«Каждый год мы наблюдаем увеличение уровня углекислого газа в нашей атмосфере в результате деятельности человека», — заявил в своём заявлении администратор NOAA Рик Спинрад (Rick Spinrad). «Каждый год мы видим последствия изменения климата в виде аномальной жары, засух, наводнений, лесных пожаров и ураганов, происходящих вокруг нас».

Ссылка: https://edition.cnn.com/2023/06/17/world/four-climate-charts-extreme-weather-heat-oceans/index.html

Эксперимент «Эталон» предполагает, что квантовые компьютеры могут получить полезные приложения в реальном мире в течение двух лет.

Четыре года назад физики из Google заявили, что их квантовый компьютер может превзойти классические машины, но только в нишевых вычислениях, не имеющих практического применения. Теперь их коллеги из IBM говорят, что у них есть доказательства того, что квантовые компьютеры скоро превзойдут обычные в решении полезных задач, таких как расчёт свойств материалов или взаимодействие элементарных частиц.
В эксперименте, описанном в журнале Nature 14 июня¹, исследователи смоделировали поведение магнитного материала на квантовом процессоре IBM Eagle. Важно отметить, что им удалось обойти квантовый шум — главное препятствие для этой технологии, поскольку он вносит ошибки в расчёты — и получить надёжные результаты.
Их методы «смягчения ошибок» позволили команде выполнять квантовые вычисления «в масштабе, с которым классические компьютеры будут бороться», — говорит Кэти Пиццолато (Katie Pizzolato), возглавляющая группу квантовой теории IBM в Йорктаун-Хайтс, Нью-Йорк.
Хотя проблема, над которой они работали, использует сильно упрощённую, нереалистичную модель материала, «это вселяет оптимизм в то, что это будет работать в других системах и более сложных алгоритмах», — говорит Джон Мартинис (John Martinis), физик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. который привёл команду Google к её важной вехе в 2019 году.
Сабрина Манискалько (Sabrina Maniscalco), исполнительный директор стартапа Algorithmiq в Хельсинки, занимающегося квантовыми вычислениями, говорит, что эксперимент представляет собой эталон современного состояния квантовых компьютеров. «Эти машины приближаются», — говорит она. Компания Манискалько разрабатывает алгоритмы квантово-химических расчётов, которые нацелены на уменьшение ошибок.

Уникально квантовый

Квантовые компьютеры используют специфические квантовые явления, такие как способность объекта существовать в одновременной «суперпозиции» двух состояний, а также способность нескольких объектов разделять общее квантовое состояние, что физики называют запутанностью. Кубиты являются квантовым эквивалентом битов обычных компьютеров и могут находиться в суперпозиции состояний «0» и «1» и быть запутанными друг с другом.
Физики экспериментировали с различными аппаратными средствами для создания квантовых компьютеров, включая ловушки для отдельных ионов или нейтральных атомов. Подход IBM, который также используется Google и другими компаниями, заключается в кодировании каждого кубита в крошечной сверхпроводящей схеме. Чтобы квантовые компьютеры были эффективными, кубиты должны сохранять свое квантовое состояние достаточно долго для выполнения вычислений. По информации команды IBM, для увеличения срока службы кубитов были предприняты важные инженерные усилия.
В последней статье физик IBM Абхинав Кандала (Abhinav Kandala) и его сотрудники провели точные измерения шума в каждом из своих кубитов, которые могут следовать относительно предсказуемым закономерностям, определяемым их положением внутри устройства, микроскопическими дефектами их изготовления и другими факторами. Используя это знание, исследователи экстраполировали обратно на то, как их измерения — в данном случае полного состояния намагниченности двумерного твёрдого тела — будут выглядеть в отсутствие шума. Затем они смогли выполнить вычисления, включающие все 127 кубитов Eagle и до 60 шагов обработки — больше, чем в любом другом известном эксперименте по квантовым вычислениям.

Подход к ошибкам

Мартинис говорит, что результаты подтверждают краткосрочную стратегию IBM, направленную на обеспечение полезных вычислений за счёт смягчения, а не исправления ошибок. В долгосрочной перспективе IBM и большинство других компаний надеются перейти к квантовой коррекции ошибок — методу, который потребует большого числа дополнительных кубитов для каждого кубита данных. (Стратегия Google направлена на совершенствование методов квантовой коррекции ошибок.)
Некоторые исследователи менее оптимистичны в отношении потенциала подавления шума и ожидают, что только квантовая коррекция ошибок позволит выполнять вычисления, которые были бы невозможны даже на самых больших классических суперкомпьютерах².
У Eagle 127 кубитов, но IBM планирует представить свой самый мощный процессор, чип Condor на 1121 кубит, в конце этого года. По словам Джея Гамбетты (Jay Gambetta), руководителя отдела квантовых технологий IBM, у компании также есть «процессоры служебного масштаба» с объёмом до 4158 кубитов. Он добавляет, что для достижения долгосрочной цели по созданию к 2033 году машин на 100 000 кубитов, способных выполнять алгоритмы с полной исправлением ошибок, исследователям потребуется решить существенные инженерные проблемы.

Литература

1 Kim, Y. et al. Nature 618, 500–505 (2023).
2 Daley, A. J. et al. Nature 607, 667–676 (2022).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/d41586-023-01965-3

Тропосферный метан (CH₄) демонстрирует большую межгодовую изменчивость темпов своего роста в дополнение к десятилетним тенденциям, что обычно интерпретируется как изменения в источниках или стоках. В таких анализах часто не учитывается вклад стратосферно-тропосферного обмена. Авторы количественно определяют годовые аномалии потоков CH₄ из стратосферы в тропосферу, используя различные методы, основанные на моделях или наблюдениях. В глобальном масштабе межгодовая изменчивость (стандартное отклонение) этого потока в период 2000–2020 гг. составляет 2,0 Тг год^-1, это приводит к изменчивости ~0,6 частей на миллиард год^-1 на поверхности, что составляет лишь ~20% наблюдаемой вариативности роста приземного CH₄. По сравнению со средними мировыми значениями в высоких широтах наблюдается более высокая вызванная стратосферно-тропосферным обменом изменчивость у поверхности, составляющая 80% наблюдаемых у поверхности аномалий в Антарктике и 44% в Арктике. Эти результаты показывают, что, хотя процесс стратосферно-тропосферного обмена вносит незначительный вклад в глобальном масштабе, он оказывает значительное влияние в полярных регионах на межгодовую изменчивость скорости роста приземного CH₄.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103350

Пыль пустыни составляет большую часть аэрозольной нагрузки атмосферы по массе и оказывает большое влияние на земную систему. Однако современные глобальные климатические модели и модели поверхности Земли не могут точно представить ключевые процессы выбросов пыли, отчасти из-за неадекватного представления размеров частиц почвы, влияющих на пороговое значение выбросов пыли, элементов шероховатости поверхности, поглощающих импульс ветра, и характеристик пограничного слоя, контролирующих флуктуации ветра. Кроме того, поскольку выбросы пыли вызываются мелкомасштабными (∼ 1 км или меньше) процессами, моделирование глобального цикла пустынной пыли в глобальных климатических моделях с грубым горизонтальным разрешением (∼ 100 км) представляет собой фундаментальную проблему. Эта проблема представления усугубляется тем, что потоки выбросов пыли нелинейно масштабируются со скоростью ветра выше пороговой скорости ветра, чувствительной к характеристикам поверхности Земли. Авторы обращаются к этим фундаментальным проблемам, лежащим в основе моделирования выбросов пыли в глобальных климатических моделях и моделях поверхности Земли, путём разработки улучшенных описаний (1) влияния текстуры почвы на пороговое значение выброса пыли, (2) эффектов неразрушаемых элементов шероховатости (как камней, так и зелёной растительности) на приземную ветровую нагрузку и (3) влияние турбулентности пограничного слоя на периодические выбросы пыли. Затем они используют полученную пересмотренную параметризацию выбросов пыли для моделирования глобальных выбросов пыли в автономной модели с учётом данных реанализа метеорологии и полей поверхности Земли. Кроме того, авторы предлагают (4) простую методологию для масштабирования моделирования выбросов пыли с более низким разрешением, чтобы оно соответствовало пространственной изменчивости моделирования выбросов с более высоким разрешением в глобальных климатических моделях. Полученное в результате моделирование выбросов пыли показывает существенно улучшенное соответствие её региональным выбросам, ограниченным наблюдениями с помощью обратного моделирования. Таким образом, такая пересмотренная параметризация выбросов пыли может существенно улучшить моделирование выбросов пыли в глобальных климатических моделях и моделях поверхности Земли.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6487/2023/

Облака играют ключевую роль в энергетическом балансе Земли и круговороте воды. Их реакция на глобальное потепление вносит наибольшую неопределённость в предсказание климата. Здесь, выполняя эмпирический анализ ортогональной функции на основе данных реанализа глобальной облачности за 42 года, авторы извлекли однозначный тренд и моды, связанные с Эль-Ниньо и Южным колебанием. Режим тренда пространственно преобразуется в тенденции к уменьшению облачности над большинством континентов и к её увеличению над тропическим и субтропическим океанами. Снижение приповерхностной относительной влажности может объяснить тенденцию к уменьшению облачности над сушей. Эти результаты предполагают потенциальную нагрузку на наземный водный цикл и изменения в распределении энергии между сушей и океаном, связанные с глобальным потеплением

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6559/2023/

Таяние многолетней мерзлоты может привести к усилению климатических изменений за счёт выброса углерода в виде парниковых газов. В то время как влияние температуры воздуха на таяние многолетней мерзлоты хорошо определено количественно, влияние осадков весьма изменчиво и недостаточно изучено. Авторы предоставляют литературный обзор исследований, сообщающих о влиянии осадков на температуру земли в условиях многолетней мерзлоты, и используют численную модель для изучения основных физических механизмов в различных климатических условиях. Как рассмотренный объём литературы, так и модельные оценки показывают, что континентальный климат, вероятно, будет демонстрировать потепление подпочвы и, следовательно, увеличение толщины активного слоя в конце сезона, в то время как морской климат, как правило, реагирует небольшим охлаждающим эффектом. Это говорит о том, что засушливые регионы с тёплым летом склонны к более быстрой деградации многолетней мерзлоты при увеличении количества сильных дождей в будущем, что потенциально может ускорить углеродную обратную связь многолетней мерзлоты.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39325-4

Стандартные прогнозы климата представляют будущие извержения вулканов постоянным воздействием, соответствующим периоду с 1850 по 2014 гг. Используя последние данные ледяных кернов и спутниковые данные для разработки сценариев стохастических извержений, авторы показывают, что существует 95%-ная вероятность того, что эксплозивные извержения могут привести к выбросу в стратосферу большего количества диоксида серы (SO₂) в период с 2015 по 2100 гг., чем текущие стандартные климатические прогнозы (т.е. сценарий SMIP). Исследование с использованием модели земной системы Великобритании с интерактивными стратосферными аэрозолями показывает, что для медианного сценария будущих извержений средняя глобальная оптическая толщина стратосферного аэрозоля (SAOD) за 2015–2100 гг. в два раза больше, чем используется в сценарии SMIP, при этом извержения малой магнитуды (<3 Тг SO₂) дают 50% её возмущений. Показано, что вулканическое воздействие на крупномасштабные климатические индикаторы, включая глобальную температуру поверхности, уровень моря и площадь морского льда, недооценивается в SMIP, поскольку текущие прогнозы климата не полностью учитывают повторяющуюся частоту извержений вулканов различной силы.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103743

Чувствительность температуры морского дна 𝑇_B к потеплению температуры приземного воздуха 𝑇_a исследуется для периода 1850–2300 гг. с использованием результатов пяти моделей из ансамбля проекта CMIP6 в рамках сценария с высокими антропогенными выбросами парниковых газов. В исторический период (до 2015 г.) коэффициенты чувствительности α = ΔT_B/ΔT_a (Δ указывает на изменения по отношению к доиндустриальному периоду) обычно составляли ≤ 0,12 для средних годовых и до 0,43 летом. Однако в тот же период в Баренцевоморском секторе коэффициенты чувствительности летом достигали 0,6. Для лета полученные результаты согласуются с ограниченными измерениями, доступными для сибирского шельфа. В дальнейшем коэффициенты чувствительности заметно увеличатся, и α ≥ 0,7 станет обычным для части арктического шельфа, освобождающейся летом ото льда. Эти результаты имеют значение для оценки будущего термического состояния подводных отложений, а также для океанической биоты.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/1024

Сокращение морского льда в арктическом регионе является важным индикатором быстрого глобального потепления и может также влиять на процессы обратной связи в Арктике, поэтому прогнозирование протяжённости и толщины морского льда играет важную роль в моделировании и предсказании климата. В этой статье используются методы машинного обучения для прогнозирования протяжённости морского льда, и путём корректировки методов и факторов, включающих климатические переменные, протяжённость морского льда в прошлом, а также смоделированную с помощью простой линейной регрессии, авторы нашли наилучшие комбинации, чтобы получить результат с наивысшим значением R². Они заметили, что с более длительными периодами прошлых данных о площади морского льда и более короткими периодами климатических данных результаты оказались лучше. Это может быть связано с разницей в памяти климата и океана. Прогноз площади морского льда в субрегионах показывает, что районы с круглогодичным ледовым покровом прогнозировать легче, и что регионы с внезапными изменениями погоды и значительной сезонной изменчивостью, по-видимому, имеют более низкие показатели R² при прогнозировании площади морского льда.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/1023