InMAP оценивает загрязнение воздуха в городах, но её прогнозы ошибочны для конкретных химических веществ. Сейчас учёные устраняют этот недостаток.
Загрязнение воздуха не влияет на всех одинаково. В новой работе исследователи разработали метод для улучшения оценок того, как в городах различные сообщества подвергаются воздействию мелкодисперсных твёрдых частиц (PM_2,5).
По оценкам, во всём мире PM_2,5 ежегодно вызывает 4,7 миллиона преждевременных смертей, а в Соединённых Штатах цветные сообщества сталкиваются с наиболее интенсивным воздействием этих химикатов. Для определения уровней подверженности загрязнению воздуха интервенционная модель загрязнения воздуха (InMAP) оценивает качество воздуха с высоким пространственным разрешением, особенно в густонаселённых районах. Поскольку модель способна оценивать различия в подверженности загрязнению в пределах городов, она может быть полезна при разработке политики, предусматривающей экологическую справедливость.
Однако InMAP завышает и занижает конкретные химические вещества PM_2,5: она занижает оценку содержания твёрдых частиц сульфата и завышает оценку содержания твёрдых частиц аммония. В новом исследовании Gallagher et al. разработали метод исправления этих недостатков.
Исследователи разработали поправочные коэффициенты смещения или коэффициенты масштабирования для InMAP, используя измерения различных химических веществ PM_2,5. Они использовали данные мониторинга загрязнения, собранные на земле Агентством по охране окружающей среды США, и спутниковые данные, обработанные Вашингтонским университетом в Сент-Луисе. Сравнение прогнозов InMAP с этими источниками данных позволило им оценить и исправить ошибки.
Авторы проверили, как работает InMAP с коэффициентами масштабирования и без них, используя установленную цель 10%-ной ошибки в своих прогнозах. Без коэффициентов масштабирования InMAP занижает или завышает концентрации PM_2,5 более чем на 10%. Однако введение коэффициентов масштабирования для конкретных городов улучшило соответствие модели и уменьшило ошибку ниже порога 10%. Кроме того, авторы обнаружили, что их метод особенно эффективен в наиболее густонаселённых районах городов.
Авторы опубликовали все коэффициенты масштабирования для общественного пользования и рекомендуют их использовать при исследовании того, как загрязнение воздуха различается в зависимости от расы, этнической принадлежности, дохода и других демографических характеристик. (GeoHealth, https://doi.org/10.1029/2023GH000788, 2023 г.)

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/fine-tuning-air-pollution-models

Выпадение осадков, в том числе резкие («хлыстовые») переходы между влажными и засушливыми экстремальными условиями, может привести к серьёзным неблагоприятным воздействиям на человека и природные системы. Авторы количественно оценивают наблюдаемые и прогнозируемые изменения характеристик субсезонной волны осадков и исследуют роль отдельных антропогенных воздействий на эти изменения. Результаты показывают, что к концу XXI века частота глобальных «хлыстовых» осадков, по прогнозам, будет в 2,56 ± 0,16 раза выше, чем в 1979–2019 гг., со всё более быстрыми и интенсивными переходами между двумя крайностями. Наиболее резкое увеличение их частоты наблюдается в полярных и муссонных регионах. Изменения в «хлыстовых» осадках показывают гораздо более высокое процентное изменение, чем в общем количестве осадков. В исторических моделированиях выбросы антропогенных парниковых газов и аэрозолей увеличивали и уменьшали количество «хлыстовых» осадков, соответственно. Прогнозируется, что к 2079 году антропогенные парниковые газы увеличат на 55 ± 4% риск появления «хлыстовых» осадков, что обусловлено сдвигами в схемах циркуляции, способствующими экстремальным осадкам.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38510-9

Изменчивость температуры поверхности моря (ТПМ), обусловленная Эль-Ниньо/Южным колебанием (ЭНЮК), увеличилась после 1960 года под влиянием более частых сильных явлений Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Однако в значительной степени неизвестно, связаны ли такие изменения с антропогенным потеплением. В этом аспекте авторы рассматривают антропогенное воздействие на изменчивость ЭНЮК в нескольких широко используемых схемах моделирования, в совокупности указывающих на влияние парникового потепления на изменчивость ТПМ ЭНЮК после 1960 года. В частности, сравнение смоделированной изменчивости ТПМ ЭНЮК между 1901–1960 и 1961–2020 гг. показывает, что результаты более трёх четвертей климатических моделей демонстрируют увеличение амплитуды изменчивости ТПМ ЭНЮК после 1960 г., приводящее к более частым сильным явлениям Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Многочисленные большие ансамблевые эксперименты дополнительно подтверждают, что смоделированное увеличение амплитуды ЭНЮК после 1960 г. (приблизительно на 10%) не является исключительно следствием внутренней изменчивости. Кроме того, модельные расчёты на период в несколько веков при постоянном доиндустриальном уровне CO₂ предполагают, что наблюдаемая изменчивость ЭНЮК после 1960 г. высока, достигая самых высоких 2,5 и 10 процентилей для ЭНЮК в восточной и центральной части Тихого океана, соответственно. Улучшение физики модельного описания ЭНЮК, выявление последовательного будущего и исторического изменений дополнительных характеристик ЭНЮК и эксперименты с большим ансамблем также необходимы для определения воздействия изменения климата на ЭНЮК.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43017-023-00427-8

Зимние метеорологические условия обычно неблагоприятны для образования озона (O₃) из-за слабого солнечного излучения и низкой температуры. Авторы наблюдали заметное зимнее загрязнение озоном в Шицзячжуане во время китайского Нового года в 2021 году. Метеорологические результаты показали, что внезапное изменение поля атмосферного давления, приводящее к смене ветра с северо-западного до китайского Нового года CNY на юго-западное во время его наступления способствует накоплению загрязнителей воздуха из юго-западных соседних районов Шицзячжуаня и значительно препятствует диффузии и разбавлению местных загрязнителей. Фотохимический режим формирования поля концентрации О₃ ограничен наличием летучих органических соединений, что позволяет предположить, что они играют важную роль в формировании О₃. Благодаря разработанному подходу отслеживания пути формирования O₃ для распределения источника O₃ было обнаружено, что высоко реакционноспособные частицы, такие как этилен, пропилен, толуол и ксилол, вносят основной вклад в образование O₃, что приводит к средней скорости производства O₃ во время китайского Нового года в 3,7 раза выше, чем до и после него. Промышленное сжигание было определено как крупнейший источник образования O₃ (2,6 ± 2,2 млрд^-1/ч) с наибольшим приростом (4,8 раза) во время китайского Нового года по сравнению с периодами до и после него. Строгие меры контроля в отрасли должны быть реализованы в Шицзячжуане для контроля загрязнения O₃. Эти результаты также демонстрируют, что подход отслеживания пути формирования O₃, учитывающий динамические вариации состава атмосферы и метеорологических характеристик, эффективен для распределения источников O₃, а также может хорошо отражать производительность озона различными источниками по сравнению с методом максимальной приращенной реактивности.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00366-7

Огромные запасы метана (CH₄), хранящиеся в подводных отложениях, могут высвобождаться в условиях потепления в Арктике, что ещё больше усугубляет изменение климата в результате положительной обратной связи. Поэтому крайне важно осуществлять мониторинг CH₄ в общерегиональных масштабах для обнаружения ранних признаков выброса CH₄. Однако возможности по мониторингу CH₄ осложнены в отдалённых северных регионах из-за ограничений, связанных с отбором проб и логистикой, и во многих районах имеется мало хороших исходных данных. На основании измерений с высоким разрешением концентраций атмосферного CH₄ и отдельных проб поверхностных вод авторы оценили мгновенные потоки CH₄ из морского воздуха в различных местах. Они также провели базовое исследование текущих фоновых уровней концентрации CH₄ в водах Северной Атлантики на основе данных об атмосферном CH₄ за 22 дня летом 2021 года во время плавания на расстояние примерно 5100 км в северной части моря Лабрадор и залива Баффина между 55 и 72° с.ш. Кроме того, измерялись концентрации CH₄ в толще воды на разных станциях. Измеренные соотношения смеси CH₄ в атмосфере варьировались от 1944 до 2012 млрд^-1, со средним значением 1966 ± 8 млрд^-1 и базовым уровнем 1954–1981 млрд^-1. Концентрации растворённого CH₄ в приповерхностных водах достигли пика в 5,3 нмоль л^-1 в пределах одного км вниз по течению от известного холодного просачивания в заливе Скотт и были постоянно перенасыщены по всей толще воды во фьорде Саутвинд, представляющем собой область, недавно пострадавшую от подводных оползней. Локальные потоки CH₄ между морем и воздухом колебались в пределах 0,003–0,119 мкмоль м⁻² д⁻¹, что указывает на то, что океан выбрасывал в атмосферу лишь небольшое количество CH₄ на всех станциях. Атмосферные уровни CH₄ также определялись метеорологическими, пространственными и временными вариациями, и, вероятно, как на суше, так и в океане вносился вклад в соотношение смешивания атмосферного CH₄. Совмещённые измерения морских и атмосферных данных CH₄ с высоким разрешением могут обеспечить непрерывный мониторинг в регионе, подверженном выбросам CH₄, а также важные данные проверки для измерений и моделирования в глобальном масштабе.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/1773/2023/

Различия между трендами температуры в тропосфере и нижней стратосфере уже давно признаны «отпечатками» антропогенного воздействия на климат. Этот «отпечаток», однако, игнорировал информацию из средней и верхней стратосферы, на высотах от 25 до 50 км над поверхностью Земли. Включение этой информации улучшает возможность обнаружения антропогенного «отпечатка» в пять раз. Улучшенная возможность выявления возникает из-за того, что средняя и верхняя стратосфера имеют большой сигнал выхолаживания из-за антропогенного увеличения содержания CO₂, небольшие уровни шума естественной внутренней изменчивости и различные характеристики сигнала и шума. Распространение «отпечатков» на верхние слои стратосферы с длинными рядами температурных данных и улучшенными моделями климата означает, что теперь практически невозможно объяснить естественными причинами наблюдаемые со спутников тренды в тепловой структуре атмосферы Земли.

В 1967 году учёные использовали простую климатическую модель, чтобы предсказать, что вызванное деятельностью человека увеличение содержания CO₂ в атмосфере должно нагревать тропосферу Земли и охлаждать стратосферу. Этот важный признак антропогенного изменения климата был задокументирован с помощью метеозондов и спутниковых измерений температуры от приповерхностных до нижних слоев стратосферы. Охлаждение стратосферы также было подтверждено в средней и верхней стратосфере, слое, простирающемся примерно от 25 до 50 км над поверхностью Земли (S25 − 50). Однако на сегодняшний день температуры S25 – 50 не использовались в исследованиях атрибуции антропогенного изменения климата на основе закономерностей. Здесь проведено такое исследование «отпечатков» со спутниковыми структурами изменения температуры, которые простираются от нижней тропосферы до верхней стратосферы. Включение информации S25 − 50 увеличивает отношение сигнал/шум в пять раз, заметно повышая возможность обнаружения «отпечатков». Ключевые особенности этого глобального антропогенного «отпечатка» включают стратосферное охлаждение и тропосферное потепление на всех широтах, при этом стратосферное охлаждение усиливается с высотой. Напротив, доминирующие моды внутренней изменчивости в S25 − 50 имеют менее масштабные изменения температуры и разный знак. Эти ярко выраженные пространственные различия между сигналом S25 - 50 и картиной шума сопровождаются большим охлаждением S25 - 50 (от 1 до 2°C в период с 1986 по 2022 гг.) и низким уровнем шума S25 - 50. Эти результаты объясняют, почему распространение «вертикальной дактилоскопии» на среднюю и верхнюю стратосферу даёт неопровержимые доказательства влияния человека на тепловую структуру атмосферы Земли.

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300758120

Волны тепла оказывают серьёзное воздействие на экосистемы, здоровье человека, сельское хозяйство и потребление энергии. Предыдущие исследования классифицировали волны тепла на независимые дневные, независимые ночные и составные дневно-ночные типы и изучали долгосрочные изменения этих трёх типов. Однако основные механизмы, связанные с вариациями различных типов волн тепла, остаются малоизученными. Здесь представлено первое исследование локальных физических процессов, связанных с дневными, ночными и составными волнами тепла над сушей в период 1979–2020 гг. Результаты показывают, что в большинстве регионов мира часто и всё чаще возникают все три типа волн тепла. Ночные и составные волны тепла демонстрируют более сильное увеличение как частоты (числа событий в году), так и доли (отношения числа таких волн тепла в году к общему числу волн тепла всех типов в году), чем дневные волны тепла. Комплексный диагностический анализ местных метеорологических переменных позволяет предположить, что дневные волны тепла связаны с увеличением потока солнечной радиации в засушливых условиях и уменьшением облачности и влажности при ясном небе. Напротив, ночные волны тепла обычно сопровождаются влажными условиями с увеличением доли облачности, влажности и потока длинноволновой радиации в ночное время. Эти синоптические условия для дневных и ночных волн тепла объединяются, чтобы способствовать возникновению сложных волн тепла. Далее выявляются локальные дивергенции и потоки влаги, ответственные за разные волны тепла. Положительные аномалии дивергенции влажности наблюдаются в большинстве районов суши для дневных и сложных волн тепла, тогда как для ночных волн тепла они в основном появляются в низких широтах. Это исследование даёт всестороннее представление о местных механизмах различных типов волн тепла, а, значит, информацию о будущих рисках и оценках воздействия.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-023-00365-8

Ожидается, что стратосферный озон восстановится к середине века благодаря ограничениям Монреальского протокола в регулировании выбросов озоноразрушающих веществ. Прогнозируется, что содержание озона в Арктике превысит исторический уровень в результате комбинированного эффекта снижения уровня озоноразрушающих веществ и повышения уровня парниковых газов. Хотя было показано, что восстановление озона является основной движущей силой будущего приземного климата в Южном полушарии в летнее время, динамические и климатические последствия повышенных уровней концентрации озона в Арктике не исследовались. В этом исследовании авторы использовали две химико-климатические модели (SOCOL-MPIOM и CESM-WACCM) для оценки климатических последствий восстановления арктического озона на динамику стратосферы и приземный климат в Северном полушарии в XXI веке. В соответствии со сценарием с высокими выбросами (RCP8.5), рассматриваемым в данной работе, к середине столетия содержание арктического озона возвращается к доиндустриальному уровню. Тем самым он нагревает нижнюю арктическую стратосферу, снижает силу полярного вихря, ускоряя его распад и ослабляя циркуляцию Брюера-Добсона. В тропосфере восстановление арктического озона индуцирует отрицательную фазу арктического колебания, «толкая» струйный поток к экватору над Атлантикой. Эти последствия восстановления озона в Северном полушарии меньше, чем эффекты парниковых газов, но они удивительно устойчивы в обоих моделях, использованных в этом исследовании, компенсируя некоторые эффекты парниковых газов. В совокупности полученные результаты показывают, что восстановление арктического озона активно формирует прогнозируемые изменения в стратосферной циркуляции и их связь с тропосферой, тем самым играя важную и ранее непризнанную роль движущей силы широкомасштабной реакции атмосферной циркуляции на изменение климата.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-672/

Согласно новому отчёту ВМО, вероятность развития Эль-Ниньо в конце этого года возрастает. Это окажет воздействие на погодные и климатические условия во многих регионах мира, противоположное длительному Ла-Нинья, и, вероятно, приведёт к повышению глобальной температуры.
Необычно стойкое Ла-Нинья теперь закончилось после трёхлетнего периода, и тропическая часть Тихого океана в настоящее время находится в «ЭНЮК-нейтральном» состоянии (не Эль-Ниньо, не Ла-Нинья).
Существует 60-процентная вероятность перехода от нейтрального ЭНЮК к Эль-Ниньо в мае-июле 2023 года, и она увеличится примерно до 70% в июне-августе и до 80% в период с июля по сентябрь, согласно обновлению, основанному на экспертных оценках вклада глобальных центров подготовки долгосрочных прогнозов ВМО.

На данном этапе нет указаний на силу или продолжительность Эль-Ниньо.

«У нас только что было восемь самых тёплых лет за всю историю наблюдений, хотя последние три года имело место похолодание Ла-Нинья, и это послужило временным сдерживающим фактором глобального повышения температуры. Развитие Эль-Ниньо, скорее всего, приведёт к новому всплеску глобального потепления и повысит вероятность побития температурных рекордов», — сказал Генеральный секретарь ВМО профессор Петтери Таалас.
Согласно докладам ВМО о состоянии глобального климата, 2016 год является самым тёплым годом за всю историю наблюдений из-за «двойного удара» очень мощного явления Эль-Ниньо и антропогенного потепления, обусловленного парниковыми газами. Влияние на глобальные температуры обычно проявляется в течение года после появления Эль-Ниньо, поэтому, вероятно, оно будет наиболее заметным в 2024 году.
«Мир должен подготовиться к развитию Эль-Ниньо, которое часто связано с усилением жары, засухой или осадками в разных частях мира. Это может дать передышку от засухи на Африканском Роге и других воздействий, связанных с Ла-Нинья, но также может спровоцировать более экстремальные погодные и климатические явления. Это подчёркивает необходимость инициативы ООН «Раннее предупреждение для всех» в целях обеспечения безопасности людей», — сказал профессор Таалас.
Не бывает двух одинаковых явлений Эль-Ниньо, и их последствия частично зависят от времени года. Поэтому ВМО и национальные метеорологические гидрологические службы будут внимательно следить за развитием событий.

Типичные воздействия

Эль-Ниньо — это естественная климатическая структура, связанная с повышением температуры поверхности океана в центральной и восточной тропических частях Тихого океана. Это происходит в среднем каждые два-семь лет, а эпизоды обычно длятся от девяти до 12 месяцев.
Явления Эль-Ниньо обычно связаны с увеличением количества осадков в некоторых частях южной части Южной Америки, южной части Соединённых Штатов, Африканского Рога и Центральной Азии.
Напротив, Эль-Ниньо также может вызывать сильные засухи в Австралии, Индонезии и некоторых частях Южной Азии.
Бореальным летом тёплая вода Эль-Ниньо может вызывать ураганы в центральной и восточной частях Тихого океана, в то время как она препятствует образованию ураганов в Атлантическом бассейне.

Обновление глобального сезонного климата

Эль-Ниньо и Ла-Нинья являются основными, но не единственными движущими силами климатической системы Земли.
В дополнение к давно выпускаемому Бюллетеню ЭНЮК ВМО теперь также выпускает регулярные Бюллетени глобального сезонного климата (GSCU), учитывающие влияние других основных климатических факторов, таких как Североатлантическое колебание, Арктическое колебание и диполь Индийского океана.

«Поскольку более высокие, чем в среднем, температуры поверхности моря прогнозируются в океанических регионах, они способствуют широко распространённому прогнозированию температур выше нормы над сушей. По всем без исключения участкам суши в Северном и Южном полушариях ожидаются положительные температурные аномалии», — говорится в последнем сообщении.
Бюллетени ВМО ЭНЮК и глобальные сезонные климатические бюллетени основаны на прогнозах глобальных центров подготовки долгосрочных прогнозов ВМО и доступны для поддержки правительств, Организации Объединённых Наций, лиц, принимающих решения, и заинтересованных сторон в чувствительных к климату секторах для мобилизации подготовки и защиты жизни и средств к существованию.

Probabilistic forecasts of surface air temperature and precipitation for the season May-July 2023. The tercile category with the highest forecast probability is indicated by shaded areas. The most likely category for below-normal, above-normal and near-normal is depicted in blue, red and grey shadings respectively for temperature, and orange, green and grey shadings respectively for precipitation. White areas indicate equal chances for all categories in both cases. The baseline period is 1993–2009.

Недавние улучшения

С февраля 2023 г. и далее наблюдается значительное повышение температуры поверхности моря в экваториальной части Тихого океана, при этом особенно сильное потепление наблюдается у побережья Южной Америки.
По состоянию на середину апреля 2023 года температура поверхности моря и другие атмосферные и океанические показатели в центрально-восточной тропической части Тихого океана соответствуют нейтральным условиям ЭНЮК. В атмосфере конвективная активность над экваториальной частью Тихого океана вблизи линии перемены дат близка к нормальной.
Однако стоит отметить, что «весенний барьер предсказуемости» Северного полушария, период, характеризующийся несколько более низкими возможностями прогнозирования, ещё не пройден. Тем не менее, эти недавние изменения в океанических и атмосферных условиях в тропической части Тихого океана, наряду с текущими прогнозами и экспертными оценками, указывают на высокую вероятность возникновения Эль-Ниньо в начале второй половины 2023 года и его продолжения в течение оставшейся части шестимесячного периода.

Ссылка: https://public.wmo.int/en/media/press-release/wmo-update-prepare-el-ni%C3%B1o

https://www.undrr.org/annual-report/2022