Использование воды тесно связано с социальными целями, которые являются как локальными, так и глобальными по своему масштабу, такими как устойчивое развитие и экономический рост. Поэтому очень важно, особенно для долгосрочного планирования, понять, как будущее секторальное водопользование может развиваться в глобальном масштабе при точном разрешении. Кроме того, на будущее водопользование могут сильно повлиять глобальные факторы, такие как социально-экономические и климатические изменения, а также создаваемые ими многосекторальные динамические взаимодействия. Авторы создали новый глобальный набор данных по ежемесячному секторальному водозабору и потреблению воды на координатной сетке с разрешением 0,5° за 2010–2100 гг. для 75 различных сценариев. Сценарии согласованы с пятью общими социально-экономическими путями (SSP) и четырьмя сценариями репрезентативных путей концентрации (RCP) для поддержки их использования в исследованиях, оценивающих последствия неопределённых изменений человеческого общества и земной системы на будущую глобальную и региональную динамику. Для получения данных авторы объединили модель анализа глобальных изменений (GCAM) с моделью пространственного масштабирования землепользования (Demeter), глобальной гидрологической структурой (Xanthos) и моделью масштабирования водозабора (Tethys).

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02086-2

Вертикальные движения в океане играют центральную роль в таких необходимых для формирования климата Земли процессах, как поглощение CO2, отвод тепла или перенос загрязняющих веществ. В этой работе исследуются трёхмерные конвейерные маршруты, связанные с атлантической меридиональной термохалинной циркуляцией. Полученные результаты показывают геометрию перемешивания структур в верхних и глубоких слоях океана с помощью лагранжевых когерентных структур. Этот инструмент определяет, среди прочего, зоны, связанные с вертикальным переносом, и характеризует его временные масштабы. Авторы фокусируют исследование на двух регионах. Первый — это область Фламандского мыса, зоны взаимодействия основных компонентов атлантической меридиональной термохалинной циркуляции, где анализ выделяет глубоководную область, в которой воды очень быстро поднимаются к поверхности океана. Второй — море Ирмингера, где проведённый анализ подтверждает существование нисходящей зоны и обнаруживает ранее не зарегистрированную «апвеллинговую» связь между очень глубокими водами и поверхностью океана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL102244

Баристатическое повышение уровня моря, вызванное добавлением пресной воды в океан из-за таяния льда, в принципе может быть зарегистрировано по снижению солёности морской воды, но обнаружение этого сигнала затруднено из-за скудного охвата данными и небольших трендов по сравнению с естественной изменчивостью. Авторы разработали метод авторегрессионного машинного обучения для оценки изменений солёности в глобальном океане с 2001 по 2019 гг., снижающий неопределённость тенденций опреснения океана в четыре раза по сравнению с предыдущими оценками. Они обнаружили, что масса океана увеличилась на 13 000 ± 3 000 Гт с 2001 по 2019 гг., что подразумевает баристатическое повышение уровня моря на 2,0 ± 0,5 мм/год. В сочетании с повышением уровня моря на 1,3 ± 0,1 мм/год из-за теплового расширения океана это означает, что глобальный средний уровень моря повысился на 3,4 ± 0,6 мм/год с 2001 по 2019 гг. Эти результаты обеспечивают важную проверку измерений дистанционного зондирования изменений массы океана, глобальных повышения уровня моря и запаса льда.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022GL101004

Метод ковариационной декомпозиции применяется к месячному глобальному набору данных об осадках для разложения межгодовой изменчивости среднего сезонного временного ряда на непредсказуемую составляющую, связанную с «погодным шумом», и на потенциально предсказуемую составляющую, обусловленную медленно меняющимся граничным воздействием и низкочастотными внутренними динамическими факторами. Затем «потенциальная предсказуемость» определяется как доля общей межгодовой дисперсии, обусловленная последним компонентом. В тропических океанах (30° в.д. – 0° з.д., 30° ю.ш. – 30° с.ш.) есть консенсус в том, что Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК, с 4–8-летними циклами) является доминирующей движущей силой потенциально предсказуемой составляющей, в то время как колебание Мэддена-Джулиана (КМД, с циклами 30–90 дней) - доминирующий фактор непредсказуемого компонента. В этом исследовании консенсус проверяется с использованием индекса SST Nino3-4 и популярного индекса КМД. Подтверждено, что SST Nino3-4 действительно объясняет значительную часть потенциально предсказуемой составляющей, но индексом КМД объясняется лишь ограниченная изменчивость непредсказуемой составляющей. Это поднимает вопрос о том, является ли КМД доминирующим в изменчивости непредсказуемой составляющей осадков, или текущие индексы КМД плохо отражают изменчивость КМД.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/4/695

Антропогенное изменение климата представляет значительную угрозу как природным, так и социальным системам во всём мире. В этом исследовании авторы стремятся определить регионы, наиболее затронутые изменением климата, используя реанализ данных о приповерхностной суточной температуре воздуха за 73 года (1948–2020 гг.) Национальных центров экологического прогнозирования и Национального центра атмосферных исследований (NCEP-NCAR). Разработана новая структура климатической сети для выявления «горячих точек», регионов, демонстрирующих значительное воздействие или характеристики воздействия. В частности, используется степень узла, фундаментальная характеристика сети, чтобы оценить влияние каждого региона и проанализировать его тенденцию во времени с помощью теста Манна-Кендалла. Полученные результаты показывают, что большинство участков суши, испытывающих повышение температуры, более тесно связаны с другими регионами, в то время как океан демонстрирует противоположную тенденцию из-за ослабления океанической циркуляции. В частности, значительно снижается градус Эль-Ниньо в центральной части Тихого океана. Выделены три «горячие точки» в Восточной Азии, Южной Америке и Северной Африке, соответственно, с интенсивным увеличением полей степени сети. Кроме того, обнаружено, что «горячая точка» в Восточной Азии имеет связь с удалёнными регионами, такими как южная часть Тихого океана, Сибирь и Северная Америка, с более сильными связями в последние годы. Это обеспечивает новую перспективу для оценки планетарных последствий антропогенного глобального потепления. Используя новую структуру климатической сети, это исследование выделяет регионы, наиболее уязвимые к последствиям изменения климата, и подчёркивает важность понимания сетевых структур для оценки глобальных последствий антропогенного изменения климата.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/14/4/692

Леса обладают значительным потенциалом для смягчения последствий антропогенного изменения климата за счёт связывания углерода, а также приносят обществу существенные сопутствующие выгоды. Однако риски изменения климата могут серьёзно подорвать устойчивость лесных запасов углерода. Авторы проводят многометодный синтез потенциальных запасов надземного углерода сопредельных лесов США как на региональном уровне, так и на уровне видов путём объединения исторических данных, будущих прогнозов климата, обширных наборов данных о лесных инвентаризационных участках, машинного обучения / нишевых моделей и ансамблевых оценок механистической модели поверхности Земли. Обнаружены расходящиеся признаки и величины прогнозируемого будущего потенциала надземного хранения углерода в лесах при различных подходах, варьирующихся от среднего общего прироста в 6,7 Пг C до потери 0,9 Пг C в сценарии с умеренными выбросами. Район Великих озёр и северо-восток Соединённых Штатов демонстрировали устойчивые признаки увеличения выбросов углерода в зависимости от подходов и будущих сценариев. Значительные риски потерь углерода были обнаружены в регионах, где в настоящее время реализуются лесные проекты компенсации углерода. Эта многометодная оценка подчёркивает текущую поразительную неопределённость в оценках потенциала хранения углерода в лесах США и обеспечивает важнейшую основу для принятия решений по сохранению, восстановлению лесов, а также природно-климатических решений.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01166-7

Количественная оценка неопределённости потоков энергии, воды и CO₂, воспроизводимых моделями земной поверхности, остаётся сложной задачей. Модели земной поверхности обычно управляются и настраиваются для определённого набора данных метеорологического воздействия и определённого набора геофизических полей. Здесь используются два набора данных для представления метеорологического воздействия и земного покрова (в которых увеличение посевных площадей за исторический период реализовано одинаковым образом), а также две модельные структуры (с сопряжением циклов углерода и азота и без него). Неопределённость в смоделированных результатах за исторический период количественно определена для модели Канадской схемы земной поверхности с учётом биогеохимических циклов (CLASSIC). Полученные восемь имитационных модельных расчётов оцениваются с использованием внутренней структуры оценки моделей, использующей несколько наборов данных, основанных на наблюдениях. Смоделированные выгоревшая площадь, выбросы CO₂ при пожаре, масса углерода в почве, масса углерода в растительности, поверхностный сток, гетеротрофное дыхание, валовая первичная продуктивность и поток явного тепла показывают наибольший разброс по восьми расчётам по сравнению с их глобальными средними значениями по ансамблю. Смоделированный суммарный поток CO₂ из атмосферы в почву, решающий фактор, определяющий эффективность моделей земной поверхности, оказался в значительной степени независимым от смоделированной доиндустриальной растительности и массы углерода в почве, хотя использованная схема таким же образом представляет историческое увеличение посевных площадей в обоих вариантах земного покрова. Это указывает на то, что модели могут давать надёжные оценки силы стока углерода на суше, несмотря на некоторые погрешности в запасах углерода. Результаты показывают, что оценка ансамбля результатов модели по сравнению с несколькими наблюдениями позволяет отделить недостатки модели от неопределённостей во входных данных модели, данных, основанных на наблюдениях, и в конфигурации модели.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/20/1313/2023/

Экстремальные дневные осадки, по прогнозам, будут усиливаться с увеличением влажности в условиях глобального потепления в соответствии с отношением Клаузиуса-Клапейрона (КК) на уровне около 7%/°C. Однако это увеличение не является пространственно однородным. Оценки отдельных моделей показывают области со значительно большим увеличением, чем ожидалось при масштабировании КК. Авторы используют теорию и наблюдения за формой распределения вероятности осадков, чтобы существенно улучшить согласование между оценками разных моделей в режиме интенсивности осадков от средней до высокой, а также для интерпретации прогнозируемых изменений их частоты в рамках проекта CMIP6. Помимо конкретных регионов, где модели постоянно отображают поведение супер-КК, обнаружено существенное появление поведения супер-КК в заданном диапазоне широт, когда мультимодельное среднее не требует, чтобы модели согласовывались по точкам в отношении местоположения в этом диапазоне. Около 13% площадей земного шара и почти 25% площадей тропиков (30% для тропических земель) подвержены увеличению, превышающему 2КК. Более 40% точек тропической суши превышают 1,5КК. Анализ соотношения рисков показывает, что даже небольшое увеличение сверх масштаба КК может иметь непропорционально большое влияние на частоту наиболее экстремальных событий. Таким образом, риск из-за регионального увеличения масштаба осадков за счёт динамических эффектов должен быть включен в оценку уязвимости, даже если местоположения указаны неточно.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-32372-3

Производство хлорфторуглеродов (ХФУ), которые в конечном итоге выбрасываются в атмосферу, было запрещено во всём мире в 2010 году в соответствии с Монреальским протоколом. Авторы используют измерения в сочетании с моделью атмосферного переноса, чтобы показать, как атмосферное содержание и выбросы пяти ХФУ увеличились в период с 2010 по 2020 гг., что противоречит целям поэтапного отказа. Монреальский протокол разрешает производство ХФУ для использования в качестве сырья для производства других химических веществ. Выбросы ХФУ-113a, ХФУ-114a и ХФУ-115, вероятно, возникают при производстве гидрофторуглеродов, которые заменили ХФУ во многих областях. Причины увеличения выбросов ХФУ-13 и ХФУ-112а более неопределённы. Совокупные выбросы ХФУ-13, ХФУ-112a, ХФУ-113a, ХФУ-114a и ХФУ-115 увеличились с 1,6 ± 0,2 до 4,2 ± 0,4 ODP-Гг год^-1 (Ozone Depletion Potential, ODP, - озоноразрушающий потенциал, эквивалентный ХФУ-11) между 2010 и 2020 гг. Ожидаемое воздействие этих выбросов на восстановление стратосферного озона невелико. Однако продолжающиеся выбросы пяти рассматриваемых ХФУ могут свести на нет некоторые преимущества, полученные в рамках Монреальского протокола, если они продолжат расти. Кроме того, необходимо учитывать влияние выбросов этих ХФУ на климат, поскольку их выбросы в 2020 году эквивалентны 47 ± 5 Tг CO₂.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01147-w

Восточно-антарктический ледяной щит в настоящее время окружён относительно прохладной водой, но климатические сдвиги могут усилить базальное таяние, обусловленное вторжениями тёплых модифицированных циркумполярных глубинных вод на континентальный шельф. Авторы использовали модель ледяного щита, чтобы показать, что при нынешнем режиме океана, с лишь ограниченным вторжением модифицированных циркумполярных глубинных вод, Восточно-антарктический ледяной щит, вероятно, будет набирать массу в течение следующих 200 лет из-за увеличения количества осадков вследствие нагревания атмосферы, перевешивающего рост потери льда из-за таяния шельфового ледника. Однако, если бы в режиме океана преобладали более крупные вторжения модифицированных циркумполярных глубинных вод, Восточно-антарктический ледяной щит имел бы отрицательный баланс массы, внося до 48 мм эквивалента уровня моря за этот период времени. Это модельное исследование показывает, что Земля Георга V особенно подвержена риску усиления таяния, вызванного океаном. В условиях более тёплых океанов авторы также обнаружили, что сценарий средних выбросов RCP4.5, вероятно, приведёт к большему отрицательному балансу массы, чем сценарий высоких выбросов RCP8.5, поскольку относительная отрицательная разница между увеличением количества осадков из-за потепления атмосферы и ростом потери льда из-за потепления океана больше по абсолютной величине в среднесрочном сценарии выбросов RCP4.5.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-37553-2