Изучение общего углерода почвы (ОУП), включающего в себя органический (ОУ) и неорганический углерод (НУ), а также изучение влияния углерода почвы на другие свойства почвы, имеет решающее значение для эффективного глобального управления углеродом почвы. Эти знания имеют важное значение для оценки связывания углерода, хотя их возможности в настоящее время ограничены. Увеличение связывания углерода почвой, особенно в засушливых регионах, имеет прямые и косвенные последствия для достижения более чем четырёх целей устойчивого развития: смягчения последствий голода, крайней бедности, улучшения охраны окружающей среды и решения глобальных климатических проблем. Изменения ОУ и НУ в поверхностных и подземных почвах проводились на эоловых отложениях. В этом тематическом исследовании два участка с одинаковым климатом и условиями были выбраны в качестве источников исходного материала переносимых ветром отложений. Цель заключалась в том, чтобы выявить различия в хранении ОУ, НУ и ОУП в поверхностных и подземных почвах между провинциями Систан и Белуджистан (с выращиванием рапса и финиковых садов) и провинцией Керман (с выращиванием кукурузы) на юго-востоке Ирана. Результаты выявили противоположную картину ОУ и хранения в отношении глубины почвы по сравнению с НУ. Среднее содержание ОУ было выше при выращивании кукурузы (0,2%) по сравнению с выращиванием фиников и рапса (0,11%), что объясняется большей эволюцией этих засушливых почв (аридисоли) по сравнению с другим регионом (энтисоли). И наоборот, содержание НУ в трёх видах использования почвы продемонстрировало минимальные различия. Среднее содержание ОУП было выше при выращивании кукурузы (60,35 Мг га^-1), чем в финиковом саду (54,67 Мг га^-1) и при выращивании рапса (53,42 Мг га^-1). На исследованных засушливых землях НУ, возникающий в результате эоловых отложений и почвенных процессов, играет более заметную роль в общем хранении углерода, чем ОУ, особенно в подземных почвах. Примечательно, что более 90% общего запаса углерода существует в форме неорганического углерода в почвах.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-023-45679-y

NOAA разработала глобальный референтный реанализ эвапотранспирации (ET₀), используя формулировку Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO-56) уравнения Пенмана-Монтейта, обусловленную метеорологическими и радиационными факторами MERRA2. Реанализ NOAA ET₀ предоставляется ежедневно с 1 января 1980 года по настоящее время с разрешением 0,5° по широте × 0,625° по долготе. Реанализ сверяется с данными станций на юге Африки, в регионе, который представляет как серьёзные проблемы в отношении гидроклиматической изменчивости, количества и качества наблюдений, так и значительные потенциальные выгоды для населения, страдающего от отсутствия продовольственной безопасности. Эти данные получены на основе наблюдений сети Южноафриканского научного центра по изменению климата и адаптивному землепользованию (SASSCAL). Далее они были сверены глобально с пространственно распределённым ET₀, полученным на основе двух реанализов – Глобальной системы ассимиляции данных (GDAS) и Принстонского глобального воздействия (PGF), – и эти проверки дали аналогичные результаты, но продемонстрировали широкие региональные и сезонные различия. Также представлены случаи, подтверждающие оперативную применимость реанализа к давно установившимся показателям засухи, голода, стресса для сельскохозяйственных культур и пастбищ, а также для оценки предсказуемости прогнозов засухи.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-023-02648-4

Авторы исследуют рост ошибок из-за возмущений начальных условий малой амплитуды, смоделированных с помощью новейшей модели прогнозирования погоды на основе искусственного интеллекта. Из прошлых оценок с использованием стандартных физически обоснованных численных моделей, а также из теоретических соображений ожидается, что такие возмущения начальных условий малой амплитуды будут сначала расти очень быстро. Этот быстрый рост затем устанавливает фиксированный и фундаментальный предел предсказуемости погоды — явление, известное как эффект бабочки. Однако обнаружено, что модель, основанная на искусственном интеллекте, совершенно не способна воспроизвести быстрые начальные темпы роста и, следовательно, неверно предполагает неограниченную предсказуемость атмосферы. Напротив, если начальные возмущения велики и сравнимы с текущими неопределённостями в оценке начального состояния, модель на основе искусственного интеллекта в основном согласуется с физическим моделированием, хотя некоторые недостатки всё ещё присутствуют.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL105747

Аэрозоль черного углерода (ЧУ) считается одним из важных факторов, способствующих быстрому потеплению климата и таянию снега и морского льда в Арктике. Однако наблюдения ЧУ в Северном Ледовитом океане были ограничены из-за инфраструктурных и логистических трудностей. Массовые концентрации чёрного углерода (мЧУ) авторы наблюдали методами светопоглощения на борту ледокола «Араон» в Северном Ледовитом океане (166° в.д.–156° з.д. и <80° с.ш.), а также в северной части Тихого океана летом и в начале осени с 2016 по 2020 гг. Были изучены уровни, межгодовые вариации и эпизоды загрязнения ЧУ в Арктике, а ответственные за эпизоды с высоким уровнем ЧУ источники выбросов были проанализированы с помощью глобальной химико-транспортной модели. Среднее значение мЧУ в приземном воздухе над Северным Ледовитым океаном (72–80° с.ш.), наблюдавшееся в 2019 г., составило более 70 нг/м³, что существенно выше, чем в другие годы (около 10 нг/м³). Гораздо более высокий показатель мЧУ, наблюдавшийся в 2019 году, возможно, был обусловлен более частыми лесными пожарами в арктическом регионе, чем в другие годы. Модель предполагает, что сжигание биомассы составляет наибольший вклад в наблюдаемые концентрации ЧУ в западной части Северного Ледовитого океана и окраинных морях. За эти пять лет выявлены 10 эпизодов повышенного уровня ЧУ, в том числе один в 2018 году, который был связан с одновременным повышением уровней содержания CO и CH₄, но не CO₂ и O₃. Модельный анализ показал, что большинство эпизодов было связано с воздушными массами, перенесёнными из зоны бореальных пожаров в Северный Ледовитый океан, причём некоторые из них были приземными, а другие - в средней тропосфере. Это исследование предоставляет важные наборы данных о массовых концентрациях ЧУ и отношениях смеси O₃, CH₄, CO и CO₂ в западных регионах Северного Ледовитого океана и подчёркивает значительное влияние бореальных пожаров на наблюдаемый арктический ЧУ в летние и ранние осенние месяцы.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-2315/

Часто ожидается, что изменение климата и глобальная урбанизация приведут к увеличению подверженности населения (частоте и интенсивности) экстремальным погодным условиям в ближайшие десятилетия. Авторы исследуют, как изменения в площади городских земель, численности населения и климата по отдельности и в совокупности повлияют на пространственные структуры будущего воздействия населения на экстремальные климатические явления (включая жаркие дни, холодные дни, проливные дожди и сильные грозы) на всей континентальной части США в конце XXI века. В отличие от общепринятого мнения, они обнаружили, что структура городских земель может иногда снижать, а не увеличивать подверженность населения экстремальным климатическим явлениям, даже экстремальной жаре, и что пространственные структуры, а не общее количество городских земель, оказывают большее влияние на воздействие на население. Эти результаты приводят к предварительным предложениям по включению долгосрочной устойчивости к изменению климата в проекты городских и региональных систем землепользования и сильно стимулируют поиск оптимальных пространственных структур городских земель, которые могут надёжно смягчить воздействие на население экстремальных климатических явлений на протяжении XXI века.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42084-x

За последние 70 лет экстремальная жара в Западной Европе росла непропорциональными темпами по сравнению с прогнозами климатических моделей. Это несоответствие не совсем понятно. Авторы показывают, что значительная часть (0,8°C [0,2°-1,4°C] из 3,4°C на градус глобального потепления) тренда экстремальной жары вызвана изменениями атмосферной циркуляции через более частые южные потоки над Западной Европой. Из 170 доступных оценок 32 различных моделей, которые были проанализированы, включая три больших модельных ансамбля, ни одна из них не имеет такого большого тренда тепла, вызванного циркуляцией, как наблюдается. Это может быть связано с недооценкой реакции циркуляции на внешнее воздействие или с систематической недооценкой низкочастотной изменчивости, или с тем и другим. Первое подразумевает, что будущие прогнозы слишком консервативны, второе — что сохраняется глубокая неопределённость относительно темпов будущей летней жары в Европе. Это требует осторожности при интерпретации климатических прогнозов экстремальной жары в Западной Европе с учётом адаптации к волнам тепла.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-023-42143-3

Многолетние спутниковые наблюдения показывают, что Антарктический ледниковый щит теряет массу с ускорением, что потенциально может повлиять на многие аспекты климатической системы. Хотя предыдущие исследования продемонстрировали важность сброса пресной воды Антарктического ледникового щита для региональных и глобальных климатических процессов с использованием экспериментов с климатическими моделями, многие из них применяли нереалистичные воздействия сброса пресной воды. Здесь исследуются потенциальные последствия реалистичной потери массы Антарктического ледникового щита в Южном океане в XXI веке в версии 2 Модели системы Земли с применением будущих воздействий сброса пресной воды Антарктического ледникового щита на основе исторических данных и модели ледникового покрова. Добавленный сброс пресной воды уменьшает площадь глубокой конвекции в зимнее время на 72%, сохраняя при этом больше на 83% морского льда. В соответствии с другими исследованиями авторы обнаружили, что увеличение расхода сброса пресной воды сильно влияет на локальную и удалённую температуру поверхности и подповерхностных слоев Южного океана, а также на стратификацию. Эти результаты демонстрируют необходимость учёта потери массы Антарктического ледникового щита в моделях глобального климата для прогнозирования будущего.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104949

Ожидается, что во многих сценариях водород будет играть ключевую роль в глобальном энергетическом переходе к суммарным нулевым выбросам. Однако неорганизованные выбросы водорода в атмосферу во время его производства, хранения, распределения и использования могут снизить климатические выгоды, а также иметь последствия для качества воздуха. Авторы исследуют состав атмосферы и климатические последствия увеличения содержания водорода в атмосфере, используя химико-климатическую модель Британской модели системы Земли (UKESM1). Рост содержания водорода способствует увеличению содержания метана, тропосферного озона и стратосферного водяного пара, что приводит к положительному радиационному воздействию. Однако некоторые последствия утечки водорода частично компенсируются потенциальным сокращением выбросов метана, оксида углерода, оксидов азота и летучих органических соединений в результате потребления ископаемого топлива. Авторы разработали усовершенствованную методологию определения косвенных потенциалов глобального потепления (ПГП) на основе параметров, полученных в результате стационарного моделирования, которая применима как к компонентам с более коротким временем жизни, так и к средне- и долгоживущим компонентам воздуха, таким как водород. Используя эту методологию, они определили 100-летний потенциал глобального потепления для водорода, равный 12 ± 6. Основываясь на этом ПГП и скорости утечки водорода 1% и 10%, авторы обнаружили, что утечка водорода компенсирует примерно 0,4% и 4% соответственно от суммарного эквивалентного сокращения выбросов CO₂ в рассмотренном сценарии глобальной водородной экономики. Чтобы максимизировать выгоду от использования водорода как источника энергии, необходимо свести к минимуму выбросы, связанные с утечкой водорода и выбросами газов-предшественников озона.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/23/13451/2023/

Атлантический Ниньо характеризуется потеплением поверхности моря в экваториальной Атлантике, что может вызвать Ла-Нинья, холодную фазу Эль-Ниньо – Южного колебания (ЭНЮК). Хотя наблюдения показывают, что Атлантический Ниньо ослаб примерно на 30% с 1970-х годов, его отдалённое влияние на ЭНЮК остаётся сильным. Здесь показано, что это кажущееся несоответствие обусловлено существованием двух типов Атлантического Ниньо с различными структурами и климатическими воздействиями, которые авторы называют центральным и восточным Атлантическим Ниньо. Представленные результаты показывают, что при одинаковой силе центральноатлантический Ниньо оказывает более сильное влияние на тропический климат, чем его восточный аналог. Между тем, восточноатлантический Ниньо за последние десятилетия ослаб примерно на 50%, что позволило центральноатлантическому Ниньо появиться и доминировать в удалённом воздействии на ЭНЮК. Учитывая различные климатические воздействия этих двух типов, необходимо различать их и исследовать их поведение и влияние на климат в будущих исследованиях.

Ссылка: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adi5507

Горный снежный покров тает быстрее, если он покрыт пылью. Эта циклическая проблема заставляет менять прогнозы по водным ресурсам.

На страдающем от засухи западе США горный снежный покров является жизненно важным источником воды.
Весеннее таяние воды наполняет реки, расположенные ниже по склону, так как температура медленно повышается. Но поскольку изменение климата делает такие переменные, как осадки и температура, менее предсказуемыми, управление этим жизненно важным источником воды стало сложной задачей. Учёные предупреждают, что нынешние модели таяния снегов остались в прошлом.
«Нынешние модели основаны на статистических отношениях, которые предполагают, что будущее будет похоже на прошлое. И я думаю, теперь мы знаем, что не можем полагаться на это предположение», — сказала Маккензи Скилз (McKenzie Skiles), исследователь снега из Университета Юты.
Скилз возглавила исследование, опубликованное в журнале Environmental Research Letters, в котором подчёркивается особенно важная переменная, необходимая моделям прогнозирования снега для адаптации к быстро меняющемуся миру: пыль.

Циклы пыльного снега

Пыль, будучи темнее лежащего под ней снега, поглощает больше солнечной энергии и ускоряет таяние снега. Быстро тающий снег является проблемой, потому что горный снежный покров защищает почву от солнечного тепла, объяснила Скилз. Когда снег быстро тает, почва теряет защитное покрытие и высыхает раньше в сезоне.
Исследователи отслеживали это явление в штате Юта в 2021 и 2022 годах, когда уровень воды в Большом Солёном озере достиг рекордно низкого уровня из-за увеличения потребления и продолжительной засухи. Пыль с обнажённого дна озера попала на снег в соседних горах Уосатч.
Согласно данным Скилз и её коллег, опубликованным в июне 2023 года, пыль Большого Солёного озера ускорила таяние снегов в Уосатче на 17 дней в течение сезона таяния снегов 2022 года.
«Ландшафт стал более сухим, поэтому любая дополнительная влага, которая появляется после этого, в основном впитывается ландшафтом, а не возвращается обратно в Большое Солёное озеро», — объясняет Скилз.
Это явление представляет собой петлю обратной связи: по мере того, как в озеро поступает меньше воды, дно высохшего озера расширяется, и на снежный покров Уосатча выбрасывается больше пыли. Затем цикл повторяется.
По словам Скилз, эти результаты подтверждают многочисленные исследования, проведённые с 2010 по 2018 гг. в Скалистых горах Колорадо. В горах Сан-Хуан пыльные порывы с плато Колорадо ускорили таяние снега на 3–5 недель и коррелировали с ошибками прогнозирования таяния снега.

Улучшенные прогнозы

Своевременные предупреждения о наводнениях и эффективное управление водохранилищами требуют точных прогнозов таяния снегов. NOAA использует соответствующие модели для прогнозирования скорости таяния снега и количества воды, которая будет ежегодно пополнять реки.
Но, несмотря на значительное влияние пыли на скорость таяния снега, многие модели прогнозирования рек, в том числе NOAA, не учитывают это.
В Центре прогнозов рек бассейна Колорадо (CBRFC) гидрологи обновляют модели, чтобы изменить эту ситуацию.
Одна из стратегий состоит в том, чтобы увеличить входную температуру моделей, поскольку добавление немного большего количества тепла имитирует воздействие пыли, сказал Джон Лотак (John Lhotak), гидролог из CBRFC, который не имел отношения к исследованию в Юте. Такие калибровки основаны на данных исторических событий, связанных с пылью.
«Всё меняется», — сказал Лотак, объясняя необходимость обновления старой модели. Изменение климата изменило характер осадков, температуры и пыли. «Поэтому, когда вы калибруете эту модель, вы калибруете исторические данные, которые меняются», — объяснил он.
Офис Лотака также тестирует более динамичную физическую модель, опирающуюся на дополнительные данные, такие как солнечное излучение, ветер, влажность и пыль на снегу, чтобы лучше моделировать изменчивость наблюдаемых снежных условий в реальном времени.
В бассейне реки Колорадо «каждая капля драгоценна», сказал Лотак, поэтому правильный прогноз, с точностью до мельчайших долей процента, имеет решающее значение для планирования и адаптации сообществ. «Вот где мы сейчас находимся — вот почему каждая капля тщательно изучается».

Ссылка: https://eos.org/articles/dust-is-melting-snow-and-current-models-cant-keep-up