Из-за дисбаланса между входящим и исходящим излучением на верхней границе атмосферы в последние десятилетия в климатической системе Земли накапливается избыточное тепло, что приводит к глобальному потеплению и климатическим изменениям. На сегодняшний день не подсчитано, какая часть этого избыточного тепла используется для таяния подземного льда в многолетней мерзлоте. Авторы диагностируют изменения содержания явного и скрытого тепла грунта в северной земной области многолетней мерзлоты на основе ансамблевого моделирования адаптированной модели земной поверхности. По их оценке в период с 1980 по 2018 гг., около    зеттаджоулей*, из которых    зеттаджоулей (44%) использовались для таяния подземного льда, были поглощены многолетней мерзлотой. Эта оценка, которая ещё не учитывает потенциально повышенное поглощение тепла из-за термокарстовых процессов в ледовой местности, предполагает, что многолетняя мерзлота является постоянным поглотителем тепла, сравнимым по величине с другими компонентами криосферы, и её необходимо учитывать при оценке дисбаланса энергии Земли. 

*1 зеттаджоуль равен 1,0×10²¹ джоулей.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102053

Арктика является критическим регионом с точки зрения глобального потепления. Изменения окружающей среды уже неуклонно прогрессируют в высоких северных широтах, в результате чего, среди прочего, возникает высокий потенциал увеличения выбросов метана (CH₄). Поскольку CH₄ является мощным парниковым газом, дополнительные выбросы из арктических регионов могут усилить глобальное потепление в будущем за счёт положительной обратной связи. Различные естественные и антропогенные источники в настоящее время вносят свой вклад в баланс CH₄ в Арктике. Оценка объёмов выбросов CH₄ в Арктике и их вклада в глобальный бюджет по-прежнему остается сложной задачей. С одной стороны, это связано с трудностями проведения точных измерений в столь удалённых районах. Кроме того, большие различия в пространственном распределении источников метана и плохое понимание последствий текущих изменений в разложении углерода, растительности и гидрологии также усложняют оценку. Таким образом, цель этой работы состоит в том, чтобы уменьшить неопределённости подхода «снизу вверх» (bottom-up) в текущих оценках выбросов CH₄, а также окисления почвы путём реализации подхода обратного моделирования для более точной количественной оценки источников и стоков CH₄ за самые последние годы (с 2008 по 2019 гг.). Точнее, цель состоит в том, чтобы обнаружить происходящие тенденции в выбросах CH₄ и потенциальные изменения в характере сезонных выбросов. Реализация инверсии включала моделирование следа, полученного с помощью модели атмосферного переноса FLEXPART (модель дисперсии FLEXible PARTicle), различные оценки выбросов из кадастров и моделей поверхности Земли, а также данные о концентрациях CH₄ в атмосфере из 41 приземного пункта наблюдения в арктических странах. Результаты инверсии показали, что большинство источников CH₄, присутствующих в настоящее время в высоких северных широтах, плохо ограничены существующей сетью наблюдений. Поэтому выводы о тенденциях и изменениях сезонного цикла для соответствующих секторов CH₄ получить не удалось. Только потоки CH₄ из водно-болотных угодий адекватно ограничены, преимущественно в Северной Америке. За исследуемый период выбросы из водно-болотных угодий имеют небольшой отрицательный тренд в Северной Америке и небольшой положительный тренд в Восточной Евразии. В целом расчётные выбросы CH₄ ниже по сравнению с оценками в подходе «снизу вверх», но выше, чем аналогичные результаты глобальных инверсий.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6457/2023/

Благодаря жёсткой политике контроля выбросов в Китае в период с 2015 по 2020 гг. наблюдалось значительное сокращение основных загрязнителей воздуха, таких как PM_2,5, SO₂, NO₂ и CO. С другой стороны, в тот же период произошло заметное увеличение концентрации озона (O₃), что сделало его важным загрязнителем воздуха в восточном Китае. Среднегодовая концентрация максимальной суточной 8-часовой средней концентрации (MDA8) O₃ демонстрировала тревожные линейные тренды 2,4, 1,1 и 2,0 частей на миллиард в год в трёх кластерах мегаполисов: трёхкратное увеличение числа дней с превышением концентрации O₃, определяемое как MDA8 O₃ >75 частей на миллиард за тот же период. Анализ показал, что тенденция к повышению среднегодовой концентрации MDA8 была в первую очередь обусловлена увеличением числа последовательных дней с превышением концентрации O₃. Кроме того, с 2015 по 2017 гг. наблюдалось повсеместное распространение высоких концентраций O₃ из городских центров в близлежащие сельские районы, что привело к более равномерному пространственному распределению O₃ после 2017 года. Наконец, обнаружена тесная связь между эпизодами с четырьмя или более днями подряд с превышением концентрации O₃ и положением и мощностью районов Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй, дельты реки Янцзы и дельты реки Чжуцзян. Кроме того, наблюдался значительный западно-тихоокеанский субтропический максимум, способствовавший метеорологическим условиям, характеризующимся ясным небом, стихающим движением воздуха, высокой вертикальной устойчивостью в нижней тропосфере, повышенной солнечной радиацией и положительной температурной аномалией на поверхности. Эти благоприятные метеорологические условия значительно способствовали образованию О₃. Таким образом, авторы предполагают, что тенденции к ухудшению состояния O₃, наблюдаемые в трёх кластерах мегаполисов с 2015 по 2020 гг., могут быть связаны с усилением фотохимической продукции O₃ в результате увеличения частоты метеорологических условий с высокой солнечной радиацией и положительными температурными аномалиями под влиянием западно-тихоокеанского субтропического максимума и тропических циклонов.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-1088/

Градусо-дни охлаждения представляют собой простой показатель, оценивающий, как температура влияет на потребность в энергии для охлаждения. Авторы исследуют изменения градусо-дней охлаждения для отдельных стран во всём мире за последние двадцать один год, начиная с 2000 года. Для анализа используется новая база данных, созданная совместно CMCC (euro-Mediterranean Center on Climate Change) и IEA (International Energy Agency) на основе глобальных данных реанализа ERA5. В отличие от существующей литературы рассматриваются факторы взвешивания численности населения и влажности, влияющие на величину и пространственное распределение этих изменений. Годовые тенденции показывают общее увеличение градусо-дней охлаждения в разных странах, что способствует увеличению потребления энергии для нужд охлаждения, подтверждаемому некоторыми региональными исследованиями. Авторы также фокусируются на временной кластеризации, чтобы измерить, происходят ли пики равномерно случайным образом или имеют тенденцию группироваться в более короткие периоды. Подчёркивается, что включение влажности важно как для общих тенденций, так и для кластеризации. Индия, Камбоджа, Таиланд и Вьетнам представляют собой развивающиеся страны, где этот эффект сильнее.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00878-3

Предполагается, что Арктика увидит сезонные условия безо льда в течение двух-трёх десятилетий при сценариях с высокими выбросами. Однако время наступления первого безлёдного месяца остаётся неопределённым из-за широкого диапазона оценок чувствительности арктического климата к антропогенным воздействиям. Авторы предлагают перекалибровку реакции морского льда и ледникового щита Гренландии на изменение климата, основанную на выводах о том, что чувствительность арктической криосферы к атмосферной циркуляции в климатических моделях существенно отличается от наблюдаемой. В предположении, что чувствительность арктического климата в моделях, перекалиброванных на основе наблюдений, останется неизменной в ближайшие десятилетия, этот подход даёт задержку прогнозируемых сроков наступления первого сентября в Арктике, свободной ото льда, и повсеместного таяния Гренландии примерно на десятилетие по сравнению с неоткалиброванным ансамблем. Это указывает на важность учёта роли крупномасштабных атмосферных воздействий и изменений циркуляции в изменении климата Арктики.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-023-01698-1

В докладе МГЭИК за 2021 г. было указано, что большинство исследований показывают тенденции к снижению глобального диапазона суточных температур с 1950-х годов, в основном в период с 1960 по 1980 гг. Этот вопрос вновь рассматривается здесь с использованием актуального набора данных in-situ Интегрированной базы данных Центра Хэдли, ограниченной строгими условиями выбора станции. Было обнаружено, что глобальный наблюдаемый тренд диапазона суточных температур изменился на противоположный в течение 1980–2021 гг., значительно увеличиваясь со скоростью 0,091 ± 0,008°C за десятилетие. В тренде преобладал более быстрый темп роста максимальной суточной температуры воздуха. Эта возрастающая тенденция, наблюдаемая за последние четыре десятилетия, не была полностью отражена в необработанных моделях CMIP6, поскольку модели лишь частично отражают пространственные закономерности. С учётом глобальных выходных данных CMIP6 и региональных наблюдений глобальный наземный диапазон суточных температур был затем оценен при возникающих ограничениях в 0,063 ± 0,012°C за десятилетие. Это вызывает обеспокоенность по поводу рисков увеличения диапазона суточных температур во всём мире и даёт новый взгляд на его глобальную оценку.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL103503

Гетеротрофное дыхание является в глобальном масштабе одним из крупнейших потоков CO₂ между поверхностью Земли и атмосферой и может увеличиться в будущем. Тем не менее, способность моделей системы Земля (МСЗ) воспроизвести этот поток никогда не оценивалась, что вызывает неопределённость в полученных оценках потока CO₂. В этом исследовании авторы объединяют недавно опубликованные данные наблюдений по гетеротрофному дыханию и оценки МСЗ, чтобы впервые оценить способность 13 МСЗ воспроизводить гетеротрофное дыхание. Только четыре из 13 протестированных моделей смогли воспроизвести общий поток гетеротрофного дыхания, но пространственный анализ подчеркнул важность компенсации смещения. Замечено, что среднее годовое количество осадков было наиболее важным фактором, объясняющим разницу между модельными результатами и продуктом гетеротрофного дыхания, полученным на основе наблюдений, с более высоким смещением между ними там, где количество осадков было высоким. С учётом этих результатов МСЗ следующего поколения должны сосредоточиться на улучшении реакции гетеротрофного дыхания на влажность почвы.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-922/

Атлантическая меридиональная термохалинная циркуляция (АМТЦ) резко изменилась во время ледниково-межледникового цикла. Одной из основных гипотез этих резких измененийявляется термохалинная нестабильность. Здесь рассматривается недавний прогресс в понимании термохалинной нестабильности как в наблюдениях, так и в моделировании. Имеющиеся косвенные данные, по-видимому, свидетельствуют в пользу термохалинной нестабильности как причины резких изменений климата в течение ледниково-дегляциального периода, потому что глубинная водная масса Северной Атлантики и АМТЦ, по-видимому, изменились до североатлантического климата. Тем не менее, наиболее полные модели общей циркуляции до сих пор, по-видимому, демонстрируют моностабильную АМТЦ, потому что (1) эти модели не смогли описать резкие изменения АМТЦ, если они не вызваны резким изменением внешнего воздействия, и (2) эти модели показали противоположную пресноводную конвергенцию по текущим наблюдениям. Это потенциальное «смещение» модели в отношении стабильности АМТЦ оставляет модельный прогноз её будущего изменения неопределённым.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/6/1011

Ансамблевое климатическое моделирование используется для оценки воздействия изменения климата на осадки и требует даунскейлинга в местном масштабе. Статистические методы даунскейлинга использовались для оценки суточных и месячных осадков по наблюдаемым и смоделированным данным. Даунскейлинг краткосрочных данных об осадках необходим для более точного прогнозирования экстремальных осадков и связанных с ними стихийных бедствий на региональном уровне. Авторы разработали и исследовали производительность метода даунскейлинга для имитации почасовых осадков климатической моделью. Этот метод был разработан для распознавания изменяющихся во времени систем осадков, которые могут быть представлены с тем же разрешением, что и численная модель. Уменьшение масштаба улучшило оценку пространственного распределения почасовой частоты осадков, среднемесячных значений и значений 99-го процентиля. Климатические изменения в количестве и частоте осадков были показаны почти во всех районах с использованием 50 средних по ансамблю оценок осадков, хотя естественная изменчивость была слишком велика для сравнения с наблюдениями. Изменения в осадках соответствовали моделированию. Таким образом, представленный метод даунскейлинга улучшил оценку климатических характеристик экстремальных осадков и более полно представил влияние местных факторов, таких как топография, которые было трудно оценить с помощью предыдущих методов.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-36489-3

Анализ наблюдаемых молярных долей газовых примесей в атмосфере для определения поверхностных источников и стоков химических веществ в значительной степени зависит от моделируемого атмосферного переноса. Транспортно-химические модели (TХM), используемые в оценках инверсии потоков, обычно настраиваются для максимально точного воспроизведения атмосферного переноса модели общей циркуляции (МОЦ). TХM обычно имеют двойное преимущество вычислительной эффективности и улучшенного сохранения трассеров по сравнению с их родительскими МОЦ, но они обычно упрощают представление важных процессов. Особенно это касается высокочастотных вертикальных движений, связанных с диффузией и конвекцией. Используя эксперименты с общим потоком, авторы количественно определяют важность параметризованных вертикальных процессов для объяснения систематических различий в переносе трассеров между двумя широко используемыми TХM. Обнаружено, что различия в смоделированном столбе среднего CO₂ сильно коррелируют с различиями в конвекции моделей. Параметризация диффузии более важна вблизи поверхности из-за её роли в представлении перемешивания планетарно-пограничного слоя. Соответственно, смоделированные приповерхностные измерения на месте в большей степени подвержены влиянию этого процесса, чем смоделированные средние значения всего столба. Как диффузионное, так и конвективное вертикальное перемешивание имеют тенденцию вентилировать нижние слои атмосферы, поэтому приповерхностные измерения могут ограничивать только суммарное вертикальное перемешивание, а не баланс между этими двумя процессами. Извлечение общего содержания CO₂ на основе дистанционного зондирования с его повышенной чувствительностью к конвекции может обеспечить новые важные ограничения на параметризованные вертикальные движения.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/6285/2023/