Сочетание прогнозов состояния океана с пониманием физиологии даёт возможность прогнозировать среду обитания на несколько лет вперёд для широкого спектра морских организмов. Однако ещё предстоит решить ряд проблем, прежде чем можно будет увидеть регулярное производство и использование прогнозов морской среды обитания.
Известная цитата, которую часто приписывают датскому физику Нильсу Бору, гласит, что трудно делать прогнозы, особенно если они касаются будущего. Однако утверждение Бора каждый день опровергается надёжными прогнозами погоды, определяющими нашу повседневную жизнь и выбор занятий. Но что, если бы мы могли заглянуть ещё дальше в будущее, например, на месяцы, годы или даже на десятилетие вперёд? Как это изменит планирование и поведение? Chen et al.¹ открывают дверь к этой заманчивой возможности, предоставив общую демонстрацию способности прогнозировать среду обитания морских организмов в многолетнем временном масштабе. Этот результат открывает двери для новых применений прогнозов и новых подходов к управлению живыми морскими ресурсами.
Их новый результат основан, в первую очередь, на недавней разработке искусных систем многолетнего прогнозирования климата². Прогнозирование климата лучше всего можно понимать как применение климатических моделей аналогично современной системе прогноза погоды, но с акцентом на характеристику статистических свойств погоды на месяцы и годы в будущем (вместо прогнозирования фактической погоды в определённый день). Высокие навыки прогнозирования особенно очевидны в океане, где более медленная динамика и высокая инерция (по сравнению с атмосферой) обеспечивают большие горизонты прогнозирования. Навыки прогнозирования в десятилетнем масштабе были продемонстрированы для многих аспектов океана, включая температуру поверхности моря, теплосодержание и циркуляцию океана^3,4,5.
Возможность прогнозировать состояние океана имеет особое значение для управления живыми морскими ресурсами, поскольку на эти организмы сильно влияют изменения условий в океане. Большинство морских организмов являются «хладнокровными», и температура их тела (и, следовательно, физиология) равна температуре окружающей воды: поэтому её изменения оказывают прямое влияние на функционирование организма. Такие вариации проявляются по-разному, включая воздействие на воспроизводство, время ключевых событий, таких как миграция и нерест, а также места обитания видов (их распространение). Для развиваемых человечеством отраслей, которые зависят от живых морских ресурсов, эта изменчивость может создать огромные проблемы, и поэтому способность предвидеть изменения в будущем может повысить как производительность, так и устойчивость⁶. В некоторых отдельных случаях удалось разработать краткосрочные морские экологические прогнозы⁷ для поддержки принятия решений, особенно в отношении распределения видов.
Chen et al. рассматривают проблему того, как воспользоваться десятилетней предсказуемостью состояния океана (например, температуры, солёности и т.д.) для прогнозирования биологически значимых показателей. Хотя они не первые, кто сделал это, предыдущие усилия были сосредоточены на отдельных видах⁸ с использованием устоявшегося понимания того, как каждый из них находится под влиянием окружающей среды. Хотя такой подход вполне обоснован, весьма специфичный характер анализа затрудняет его применение к другим видам.
Chen et al. используют уникальный общий подход к проблеме, учитывая физиологические ограничения среды обитания вида. В частности, они применяют общий метаболический индекс⁹, основанный на физиологической модели толерантности организма к условиям с низким содержанием кислорода и того, как эта толерантность меняется в зависимости от температуры. Реакция таких разнообразных видов, как асцидии, крабы и креветки, может быть охарактеризована с помощью двух простых параметров. Прогнозы температуры, содержания кислорода и солёности, полученные с помощью систем прогнозирования климата, затем можно использовать для прогнозирования метаболического индекса.
Chen et al. показывают, что их прогнозы хорошо предсказывают метаболический индекс на несколько лет вперёд. Они способны разложить эту предсказуемость на различные исходные компоненты (например, температуру, солёность, содержание кислорода) и показать, что в ней преобладает кислородный компонент. Что наиболее важно, они также исследуют способность делать прогнозы по всему спектру рассматриваемых признаков организма, показывая наличие многолетней предсказуемости для большинства комбинаций факторов. Поэтому демонстрация многолетней предсказуемости обитания вида является скорее правилом, чем исключением.
Хотя работа Chen et al. прочно закладывает научную основу для прогнозирования среды обитания, остаётся ещё много проблем, прежде чем начнут появляться продукты морского экологического прогнозирования, основанные на этой работе. В частности, способность предсказывать среду обитания, как показано здесь, не обязательно совпадает со способностью предсказывать распространение вида. Среда обитания — это потенциальная территория, где может обитать вид, тогда как реальное распространение (где виды фактически обитают) — это лишь часть всей доступной среды обитания. На распределение влияют многие другие факторы, помимо метаболических ограничений, включая наличие пищи и добычи, присутствие хищников и поведенческие процессы, такие как динамика стайного обучения и необходимость размножения. Таким образом, способность предсказывать среду обитания не даёт автоматически возможности предсказывать распространение вида. Тем не менее, наличие подходящей среды обитания является необходимым условием присутствия вида в данном месте и, следовательно, может обеспечить механистическую основу для прогнозирования распространения, особенно в регионах, где распространение ограничено наличием среды обитания (например, на её окраинах).
Как такие прогнозы среды обитания и/или распределения могут быть использованы в контексте принятия решений, также является нерешённым вопросом. Управление как живыми морскими ресурсами, так и отраслями, зависящими от них, обычно сосредоточено на следующем году, и в настоящее время существует мало приложений, в которые такие многолетние прогнозы потенциально могут внести свой вклад. Более того, доступная среда обитания и распространение вида (как это изучается здесь) имеют меньшее значение для управления рыболовством по сравнению с доминирующим вопросом о продуктивности (и, следовательно, квоте на вылов рыбы) в ближайшие годы. Использование потенциала этих прогнозов требует особого внимания к тому, как их можно применять в контексте управления морской средой.
Эта работа также подчёркивает необходимость улучшения наблюдений за содержанием кислорода в океане. В предсказуемости среды обитания, продемонстрированной Chen et al., преобладает кислородный компонент метаболического индекса. Однако объём наблюдений за кислородом в океане относительно ограничен: Chen et al., например, были вынуждены использовать реконструкцию содержания кислорода в океане, а не тип прямых наблюдений, доступных, например, для температуры, которую можно измерить дистанционно со спутника. Таким образом, повышенное внимание к измерениям содержания кислорода в океане потенциально может улучшить нашу способность прогнозировать экологически значимые показатели и действительно может стать предпосылкой для оперативного составления экологических прогнозов.
В заключение, работа Chen et al. широко открывает двери для многолетнего экологического прогнозирования. В то время как предсказуемость ранее была продемонстрирована в единичных случаях, эти новые результаты показывают, что среду обитания можно предсказать в целом для всего спектра видов. Хотя делать прогнозы, особенно относительно будущего, всё ещё может быть сложно, научная основа для прогнозов среды обитания на несколько лет вперёд, похоже, уже имеется.

Ссылки

1 Chen, Z. et al. Skillful Multiyear Prediction of Marine Habitat Shifts Jointly Constrained by Ocean Temperature and Dissolved Oxygen. Nat. Commun. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45016-5 (2024).
2 Merryfield, W. J. et al. Current and Emerging Developments in Subseasonal to Decadal Prediction. Bull. Am. Meteorol. Soc. 101, E869–E896 (2020).
3 Matei, D. et al. Multiyear Prediction of Monthly Mean Atlantic Meridional Overturning Circulation at 26.5 N. Science (80.). 338, 604–604 (2012).
4 Yeager, S. G., Karspeck, A., Danabasoglu, G., Tribbia, J. & Teng, H. A Decadal Prediction Case Study: Late Twentieth-Century North Atlantic Ocean Heat Content. J. Clim. 25, 5173–5189 (2012).
5 Matei, D. et al. Two Tales of Initializing Decadal Climate Prediction Experiments with the ECHAM5/MPI-OM Model. J. Clim. 25, 8502–8523 (2012).
6 Tommasi, D. et al. Improved management of small pelagic fisheries through seasonal climate prediction. Ecol. Appl. 27, 378–388 (2017).
7 Payne, M. R. et al. Lessons from the First Generation of Marine Ecological Forecast Products. Front. Mar. Sci. 4, 289 (2017).
8 Payne, M. R. et al. Skilful decadal-scale prediction of fish habitat and distribution shifts. Nat. Commun. 13, 2660 (2022).
9 Deutsch, C., Penn, J. L. & Seibel, B. Metabolic trait diversity shapes marine biogeography. Nature 585, 557–562 (2020).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45020-9

База данных CORESIDENCE (CoDB) представляет собой значительный прогресс в области семейных исследований, устраняя существующие пробелы в данных и способствуя всестороннему анализу состава домохозяйств и условий жизни на национальном и субнациональном уровнях. Здесь представлена CoDB, разработанная для проекта ERC «Сожительство поколений в глобальной перспективе: измерения изменений». База данных основана на индивидуальных микроданных глобального масштаба из четырёх основных хранилищ и национальных обследований домохозяйств, охватывающих более 150 миллионов индивидуальных записей, представляющих более 98% населения мира. CoDB предоставляет наборы данных на национальном, субнациональном и субнациональном гармонизированном уровнях, охватывающие 156 стран, 3950 регионов и 1511 гармонизированных регионов за период 1964–2021 гг. Он включает 146 показателей по составу домохозяйств и семейному устройству, что позволяет исследователям изучать структуры совместного проживания между поколениями, гендерную динамику внутри домохозяйств и долгосрочные тенденции в условиях проживания. CoDB заполняет важный пробел в сравнительных исследованиях домашних хозяйств, позволяя исследователям проводить новаторские исследования как на макро-, так и на микроуровне, что в конечном итоге способствует более глубокому пониманию сложной динамики семейных структур и условий жизни.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-02964-3

Мир по-прежнему далёк от стабилизации климата. Представление о том, что сокращение выбросов потребует в ближайшее время жертв, но обеспечит выгоды лишь в отдалённом будущем, может замедлять движение к декарбонизации. Однако устойчивое развитие, включая агрессивную декарбонизацию, доступ к экологически чистой энергии и строгую политику в области качества воздуха, обеспечивает быструю пользу на местах для здоровья за счёт улучшения качества воздуха, а также долгосрочного предотвращения воздействия тепла. Авторы количественно оценивают эти выгоды, показывая, что они предотвращают миллионы преждевременных смертей ежегодно, при этом оценки в развивающихся странах Азии перевешивают затраты на смягчение последствий. Эти результаты свидетельствуют, какую пользу декарбонизация может принести развивающимся странам, даже если их вклад в историческое глобальное изменение климата был относительно небольшим. Эти результаты также дают количественную оценку того, насколько стареющее население становится более чувствительным к экологическим рискам. 

Следование пути устойчивого развития, направленному на удержание потепления ниже 2°C, принесёт пользу здоровью человека. Авторы количественно оценивают преждевременную смертность, связанную с загрязнением воздуха мелкими твёрдыми частицами (PM_2,5) и воздействием тепла в Китае, Южной Азии и США, используя прогнозы нескольких климатических моделей в сценариях с высокими и низкими выбросами. Прогнозируемые изменения в преждевременной смертности обычно обусловлены старением населения, это в первую очередь отражает увеличение продолжительности жизни, что приводит к большей чувствительности к экологическим рискам. Изменения воздействия PM_2,5 обычно оказывают незначительное влияние на преждевременную смертность при сценарии с высоким уровнем выбросов, но приносят существенные выгоды при сценарии с низким уровнем выбросов. Смертность, связанная с PM_2,5, увеличивается в Южной Азии на протяжении столетия по обоим сценариям, но к концу столетия в Китае снижается, а в США значения снижаются на протяжении столетия. Напротив, воздействие жары увеличивается в обоих сценариях и в сочетании со старением населения приводит к прогнозируемому увеличению смертности во всех странах. Несмотря на старение населения, совокупная смертность, связанная с PM_2,5 и жарой, снижается в рамках сценария с низкими выбросами примерно на 2,4 миллиона в год к середине века и на ~2,9 миллиона к концу столетия, причем ~3% и ~21% этих сокращений связаны с жарой, соответственно. Межмодельные различия в прогнозах воздействия обычно приводят к неопределённости <40%, за исключением тепловых воздействий в США и Китае. Польза для здоровья от низких выбросов будет больше от снижения воздействия тепла, чем от улучшения качества воздуха к концу 2090-ых годов в Соединённых Штатах. Напротив, в Южной и Восточной Азии выгоды от выбросов PM_2,5 являются самыми большими на протяжении всего столетия, и их оценка превышает затраты на декарбонизацию, особенно в Китае, в течение следующих 30 лет.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312832120

Загрязнение воздуха является ведущим экологическим фактором риска ранней смерти. Оповещения призывают людей оставаться дома, когда качество воздуха плохое. Изменение климата может ухудшить качество воздуха в этом столетии. Авторы показывают, что это создаёт условия для повышения уровня предупреждений о качестве воздуха, непропорционально сильно для расового, бездомного и плохо обеспеченного населения. Опора на то, что люди защитят себя, скорее всего, принесёт минимальные выгоды по сравнению с сокращением выбросов; однако усиление адаптации может принести дополнительную пользу для здоровья даже в условиях жёсткой климатической политики. Новая политика могла бы, например, компенсировать людям переезд в закрытые помещения и улучшить доступ к чистому воздуху в помещениях. Решаются активные политические вопросы о том, как справедливо защитить здоровье в условиях изменения климата, определяя рычаги действий против растущего и несправедливого бремени загрязнения воздуха.  

Будущее изменение климата может привести к увеличению числа дней с плохим качеством воздуха. Это может вызвать больше предупреждений, призывающих людей оставаться дома, чтобы защитить себя, что может иметь потенциальные последствия для здоровья и справедливости в отношении здоровья. Здесь изучаются изменения в предупреждениях о качестве воздуха в США в этом столетии из-за мелких твёрдых частиц (PM_2,5), на кого они могут повлиять и какова может быть реакция. Авторы обнаружили, что число предупреждений о качестве воздуха увеличится более чем на один месяц в год на востоке Соединённых Штатов к 2100 году и в среднем в четыре раза. Они преимущественно затрагивают районы с высокой численностью чернокожего населения и негерметичными домами, усугубляя существующее неравенство и влияя на тех, кто менее способен адаптироваться. Сокращение выбросов может принести значительную ежегодную пользу для здоровья (5400 долларов США на человека) за счёт смягчения воздействия изменения климата на загрязнение воздуха и связанных с ним рисков ранней смерти. Вместо этого, если рассчитывать на то, что люди адаптируются, им придётся оставаться внутри с закрытыми дверями и окнами на дополнительные 142 дня в год при средней стоимости 11 000 долларов на человека. Однако более вероятно, что люди добьются минимальной защиты без политики повышения темпов адаптации. Усиление адаптации может принести чистую выгоду даже наряду с глубоким сокращением выбросов. Новая политика адаптации могла бы, например: снизить затраты на адаптацию; уменьшить инфильтрацию и улучшить качество воздуха в помещениях; повысить осведомленность о предупреждениях и адаптации; предусмотреть меры для тех, кто работает или живёт на открытом воздухе. Сокращение выбросов, наоборот, снижает потребность каждого человека в адаптации и защищает тех, кто не может адаптироваться. Справедливая защита здоровья человека от загрязнения воздуха в условиях изменения климата требует как смягчения последствий, так и адаптации. 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215685121

Главные темы номера:

• 28-я конференция сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата 30 ноября-12 декабря, Дубай, ОАЭ
• Очередной выпуск Ежегодника «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2022 год»
• 25-я сессия Северо-Евразийского климатического центра 4-5 декабря, Москва

Также в выпуске:

• •  Премьер-министр РФ Михаил Мишустин отметил важность продолжения климатического мониторинга для прогнозирования сценариев изменения климата 
  • С 1 января 2024 вступили в силу новые нормативно-правовые акты, касающиеся регулирования выбросов парниковых газов на территории Российской Федерации 
  • Банк России разработал рекомендации финансовым организациям по учету климатических рисков 
  • Лесоклиматический проект по авиационной охране лесов от пожаров зарегистрирован в российском реестре углеродных единиц
  • В России запущены проекты по адаптации регионов к изменениям климата
  • Издан первый в России учебник по углеродному регулированию и адаптации к изменениям климата 
  • Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
  • Селеста Сауло из Аргентины вступила в должность Генерального секретаря ВМО
  • На 60-м пленарном заседании МГЭИК принято решение о научной структуре работы Группы на новый цикл
  • Всемирный Банк о необходимости адаптации к изменению климата 

Ссылка: выпуск бюллетеня №106 за декабрь - январь 2024 г.

Спутниковая лазерная альтиметрия точно измеряет высоты поверхности Земли и изменения во времени, отслеживая ключевые климатические переменные. Эти наблюдения изменили понимание системы Земли, выявив изменения и динамику во всех сферах. В этом обзоре авторы освещают вклад в науку о Земле и климате трёх спутниковых миссий НАСА по лазерной альтиметрии: Ice, Cloud and land Elevation Satellite (ICESat; 2003–2009 гг.), ICESat-2 (с 2018 г. по настоящее время) и Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI; с 2018 г. по настоящее время). За два десятилетия наблюдений спутниковая альтиметрия выявила снижение криосферы, включая потерю 320 Гт год^-1 глобального материкового льда в Гренландии и Антарктиде, а также 30%-ное уменьшение объёма зимнего морского льда в Арктике в период с 2003 по 2021 гг. Наблюдения также сыграли ключевую роль в понимании экосистем на суше, предоставив данные о гидросфере (показано, что 57% сезонной изменчивости запасов наземной воды на Земле происходит из водоёмов, управляемых человеком) и биосфере (показано, что запасы углерода в лесах глобально увеличились из-за экономического роста, несмотря на потерю эквивалента ~8 Гт CO₂ в результате землепользования). В атмосфере эти данные позволили оценить глобальное вертикальное распределение облаков, долю аэрозоля и перенос пыли и дыма. В настоящее время не планируется продолжать миссию спутниковой лазерной альтиметрии с ICESat-2 и GEDI, что ставит под угрозу сбор критически важных данных, необходимых для принятия решений и управления окружающей средой.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-023-00508-8

В этом исследовании количественно определяется, как изменения температуры и осадков повлияют на интенсивность и продолжительность экстремальных пожаров по всей Европе. Анализируется влияние ряда прогнозов изменения климата на пожары по сравнению с базовым уровнем пожарной опасности с использованием 30-летнего реанализа ERA5. Результаты показывают, что в районах южной Европы может произойти десятикратное увеличение вероятности возникновения катастрофических пожаров в любой конкретный год при умеренном сценарии CMIP6. Если глобальные температуры достигнут порога +2°C, Центральная и Северная Европа также станут более уязвимыми к лесным пожарам во время засухи. Повышенная вероятность экстремальных пожаров в условиях потепления климата в сочетании с продлением пожароопасного сезона в среднем на одну неделю в большинстве стран создаст дополнительную нагрузку на способность Европы справиться с ситуацией в ближайшие десятилетия.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00575-8

Это исследование представляет собой основу для объяснения изменений речного стока совокупным воздействием эксплуатации водохранилищ, изменений земной поверхности и изменчивости климата. Авторы разделили данные на естественные и «затронутые» периоды. Для естественного периода была разработана превосходящая существующие модели интегрированная модель долгой краткосрочной памяти и случайного леса для точного моделирования как средних, так и экстремальных значений стока. Эта модель затем использовалась для оценки стока, не затронутого деятельностью человека в период воздействия. Полученные результаты указывают на стабильные средний годовой сток и средний сток сезона дождей с уменьшением максимумов сезона дождей и увеличением средних значений в засушливый сезон, в то время как экстремальные значения остались практически неизменными. Модель Будыко, включающая реконструированный сток, показала, что осадки и изменения земной поверхности являются преобладающими факторами, влияющими на изменения стока во влажный и засушливый сезоны соответственно, а воздействие на поверхность суши становится более выраженным в период воздействия для обоих сезонов. Деятельность человека доминирует в изменении стока в засушливый сезон (93,9%), при этом изменение климата составляет 6,1%, а в сезон дождей имеет место соотношение 64,5% к 35,5%. Изменение климата и деятельность человека спонтанно привели к сокращению стока в сезон дождей и увеличению стока в засушливый сезон. Установлено, что только регулирование водохранилищ связано с антропогенными изменениями стока, в то время как последствия изменений земной поверхности остаются неоднозначными. Эти выводы подчёркивают растущее влияние антропогенных факторов на гидрологические экстремальные явления и количественно определяют роль водохранилищ в воздействии деятельности человека на сток.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/2/164

Во многих регионах планеты в последние десятилетия наблюдается рост пожарной активности. Хотя такое увеличение согласуется с потеплением и засухой в условиях продолжающегося изменения климата, движущие механизмы остаются неопределёнными. Авторы исследуют влияние увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере на будущую пожарную активность, используя семь моделей системы Земли. С учётом времени удвоения концентрации углекислого газа мультимодельное среднее процентное изменение его выбросов при пожаре составляет 66,4 ± 38,8% (по сравнению с концентрациями углекислого газа 1850 года при фиксированных тогдашних условиях землепользования). Существенное увеличение связано с усилением роста растительности за счёт биогеохимического воздействия углекислого газа на уровне 60,1 ± 46,9%. Напротив, радиационное воздействие углекислого газа, включая потепление и высыхание, приводит к незначительной реакции выбросов углерода при пожаре - 1,7 ± 9,4%. Хотя модельное представление пожарных процессов остаётся неопределённым, эти результаты показывают важность динамики растительности для будущего увеличения активности пожаров в условиях роста содержания углекислого газа, что может иметь важные последствия для политических решений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01228-7

В рамках инициативы по скоординированному региональному моделированию Med-CORDEX (Координированный эксперимент по даунскейлингу регионального климата) представлена обновлённая версия региональной модели системы Земли ENEA-REG, предназначенная для даунскейлинга по Средиземноморскому бассейну моделей, используемых в CMIP6. Региональная ESM включает связанные компоненты атмосферы (WRF), океана (MITgcm), суши (Noah-MP, встроенный в WRF) и рек (HD) с пространственным разрешением 12 км для атмосферы, 1/12° для океана и 0,5° для модели укоренения реки. Для нынешнего климата выполнен ретроспективный прогноз (на основе реанализа) и историческое моделирование (на основе глобальной климатической модели) за временной период 1980–2014 гг. Оценка показывает, что региональная ESM надёжно воспроизводит среднее состояние, пространственную и временную изменчивость соответствующих переменных атмосферы и океана. Кроме того, авторы анализируют будущую эволюцию (2015–2100 гг.) европейско-средиземноморского климата по трём различным сценариям (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP5-8.5), уделяя особое внимание нескольким важным климатическим переменным и климатическим индикаторам воздействия. Среди прочего, результаты показывают, как в сценариях SSP2-4.5 и SSP5-8.5 интенсивность, частота и продолжительность морских волн тепла продолжат увеличиваться до конца столетия, а аномалии до 2°C, считающиеся экстремальными в начале этого столетия, будут настолько частыми, что менее чем через сто лет станут нормой по сценарию SSP5-8.5. В целом, полученные результаты демонстрируют улучшение благодаря связи «воздух-море» с высоким разрешением для представления событий со значительными воздействиями, таких как морские волны тепла и высота уровня моря.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-023-07064-3