Оценка рисков речных наводнений в условиях изменения климата является сложной задачей, во многом из-за взаимодействия и комбинированного влияния различных факторов, вызывающих наводнения. Однако более подробный количественный анализ таких сложных эффектов и последствий их взаимодействия остаётся недостаточно изученным в широком масштабе. Авторы используют объяснимое машинное обучение, чтобы распутать совокупные эффекты между движущими силами и количественно оценить их важность для различных масштабов наводнений в тысячах водосборных бассейнов по всему миру. Полученные результаты демонстрируют повсеместное распространение усугубляющихся эффектов во многих наводнениях. Их значение часто возрастает с увеличением масштабов наводнений, но сила этого увеличения варьируется в зависимости от условий водосбора. Традиционный анализ может недооценивать опасность экстремальных наводнений в водосборных бассейнах, где вклад усугубляющихся эффектов сильно варьируется в зависимости от масштаба наводнения. В целом, данное исследование подчёркивает необходимость тщательного учёта сложных эффектов при оценке рисков для улучшения оценок экстремальных наводнений. 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4005

Приток талой воды в Северную Атлантику в конечном итоге приводит к потеплению и засухе над Европой.

Капля за каплей, неуклонная потеря льда в Арктике и субарктическом регионе приводит к выбросу огромного количества талой воды в северную часть Атлантического океана. Исследователи теперь показали, как вся эта пресная вода в конечном итоге приводит к более экстремальной летней погоде в Европе. Эти результаты могут позволить улучшить долгосрочные прогнозы погоды в Европе.
Ежегодно Арктика и Субарктика теряют в среднем несколько сотен кубических километров как морского, так и ледникового льда из-за повышения температуры. Пресная вода, высвободившаяся в результате таяния, в конечном итоге попадает в Северную Атлантику, где агрегируется в так называемые пресноводные аномалии. Эти структуры, имеющие тенденцию скрываться на поверхности океана из-за своей относительно низкой плотности, могут достигать зимой тысяч километров в длину и нескольких десятков метров в глубину.

Сначала пресная вода, затем волны тепла

Было показано, что аномалии пресной воды в Северной Атлантике предшествуют европейским волнам тепла. Однако механизм (или механизмы) этой связи долгое время оставался неизвестным, говорит Марилена Олтманнс (Marilena Oltmanns), специалист по океану и климату из Национального океанографического центра в Соединённом Королевстве. Этот вопрос становится всё более актуальным, учитывая быстрое повышение температуры в Арктике и недавние экстремальные погодные явления, такие как волны тепла и засухи, произошедшие в Европе, предположили Олтманнс и её коллеги.
Чтобы отслеживать наличие аномалий пресной воды, команда использовала спутниковые данные о температуре поверхности моря, доступные с 1979 года. По словам Олтманнс, этот метод сработал, потому что температура и солёность сильно коррелировали. Исследователи решили не использовать данные о солёности для отслеживания аномалий пресной воды, поскольку такие данные доступны на больших территориях только с 2009 года. Кроме того, известно, что многие из этих измерений являются предвзятыми, сказала Олтманнс. «Смещения примерно того же порядка, что и межгодовая изменчивость».
Исследователи также объединили данные о температуре, солёности и течениях океана с атмосферными данными, отслеживающими ветры, давление, температуру и осадки.

Поток хлынул из Гренландии

Олтманнс и её коллеги пришли к выводу, что некоторые из наблюдаемых ими аномалий пресной воды были вызваны стоком из Гренландии. Сезонные сигналы, которые они отметили, соответствовали таянию летом и затем распространению этой талой воды на юг через океанские течения следующей зимой. Команда показала, что аномалии пресной воды оказывают выраженный эффект на широтах между 25° и 65° с.ш.
По словам Олтманнс, поскольку пресноводные аномалии расположены в самом верхнем слое океана, они действуют как барьер. «Пресная вода препятствует теплообмену между более глубокими слоями океана и воздухом». Исследователи обнаружили, что благодаря относительной термической изоляции пресноводные аномалии осенью и зимой остывают быстрее, чем окружающие их водные массы.
Эта ситуация приводит к резким градиентам температуры поверхности моря с севера на юг, что, в свою очередь, способствует развитию штормовой погоды и преобладанию западных ветров вдоль южной границы пресноводной аномалии.

Вихри идут на север

Эти ветры затем вызывают изменения давления, которые в ту же зиму образуют водовороты, как обнаружили Олтманнс и её коллеги. Эти водовороты тянутся полосой через Атлантику, и их присутствие может сместить Северо-Атлантическое течение (текущее на восток продолжение тёплого Гольфстрима) на север на несколько сотен километров. «Оно находится в аномально северном месте», — сказала Олтманнс.
Когда следующим летом дуют западные ветры, они следуют за температурным фронтом между сместившимся Северо-Атлантическим течением и более холодными приполярными водами. «Расположение пресноводной аномалии зимой имеет большое значение для направления ветров последующим летом», — сказала Олтманнс. Исследователи обнаружили, что те же самые ветры отклоняются ещё дальше на север, когда достигают суши над Европой. Всё это отклонение на север формирует атмосферные аномалии, связанные с системами высокого давления, которые, в свою очередь, связаны с более тёплыми и сухими погодными условиями.
Когда Олтманнс и её коллеги сосредоточились на 10 самых тёплых и самых холодных летах в Европе за последние четыре десятилетия, они обнаружили, что более тёплое лето, как правило, следует за зимой, характеризующейся более крупными и более холодными аномалиями пресной воды и более сильным отклонением западных ветров на север. Эти результаты были опубликованы в журнале Weather and Climate Dynamics.
Учитывая, что темпы таяния льдов в Арктике и субарктическом регионе, вероятно, возрастут в будущем, вполне логично, что потепление в Европе также будет усиливаться, сказала Олтманнс. Это будет особенно актуально в более южных регионах, добавила она. «Без сомнения, Южная Европа станет теплее и суше». 

«Приманка» предсказуемости

Эти результаты открывают важный путь вперёд, когда дело доходит до прогнозирования погоды в Европе, сказала Олтманнс. По её словам, поскольку факторы, определяющие условия июня, июля и августа в таких городах, как Барселона, Испания и Лондон, начинают действовать за много месяцев до этого, должна появиться возможность делать долгосрочные прогнозы погоды. «Европейская летняя погода предсказуема как минимум на зиму вперёд».
«Эти результаты могут помочь нам понять некоторые последствия будущего изменения климата», — сказала Мелисса Жерве (Melissa Gervais), специалист по динамике климата из Университета штата Пенсильвания, не участвовавшая в исследовании. И в таких прогнозах погоды есть невероятная полезность, добавила она. «Если я фермер и знаю, что буду испытывать жару и засуху, я могла бы изменить урожай, который у меня есть», — сказала она. «Я могла бы подумать о своей стратегии орошения».
Олтманнс и её коллеги надеются расширить свой анализ на аномалии пресной воды, которые происходят в северной части Тихого океана. По её словам, аналогичные погодные воздействия могут также происходить в некоторых частях Соединённых Штатов и Канады. «Есть так много открытых вопросов».

Ссылка: https://eos.org/articles/melting-ice-in-the-polar-north-drives-weather-in-europe

Усугубленное полярным усилением потепление в Арктике является прямым свидетельством глобального изменения климата. Этот анализ показывает, как экстремальные температуры приземного воздуха (ТПВ) в Арктике менялись с течением времени. Используя ERA5, авторы демонстрируют значительную тенденцию повышения температуры воздуха в Панарктике (>60° с.ш.) на +0,62°C за десятилетие с 1979 года. Из-за этого потепления самые тёплые дни каждого месяца в 1980-1990-х годах можно было бы считать средними сегодня, в то время как в 1980-1990-е годы нынешние самые холодные дни считались бы нормальными. За 1979–2021 гг. произошло сокращение панарктического сезонного цикла ТПВ на 2°C (или на 7%), что привело к потеплению экстремальных значений холодных ТПВ в два раза по сравнению с трендом и ослаблению трендов «тёплых» экстремумов ТПВ примерно на 25%. С 1979 года осенью наблюдаются сильнейшие тенденции увеличения суточных максимальных и минимальных температур, а также числа дней с ТПВ выше 90-го процентиля и к уменьшению числа дней с ТПВ ниже 10-го процентиля, что соответствует быстрому сокращению морского льда в Арктике и усилению тепловых потоков «воздух-океан». Модулированный сезонный сигнал ТПВ оказывает значительное влияние на время чрезвычайно сильных ежемесячных холодных и тёплых периодов. Подавление сезонных колебаний ТПВ, вероятно, будет продолжать усиливаться по мере таяния морского льда и сохранения потепления верхних слоёв океана. В результате экстремальные зимние холодные ТПВ в Арктике могут продолжать демонстрировать более высокие темпы изменения, чем экстремальные температуры летних тёплых ТПВ, поскольку Арктика продолжает нагреваться.

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/8/JCLI-D-23-0266.1.xml

Геопотенциальная высота (H) — широко используемый показатель атмосферной циркуляции. Сообщается, что H повышается при глобальном потеплении, но амплитуда и механизм этого повышения не ясны. На основе наборов данных реанализа и климатических моделей, участвующих в CMIP6, это исследование количественно оценивает чувствительность H к глобальной средней приземной температуре воздуха (T_s), то есть dH/dT_s. Наборы данных реанализа и модельных оценок неизменно показывают, что dH/dT_s монотонно увеличивается с высотой в тропосфере, с глобальным средним значением около 24,5 геопотенциальных метров в минуту / К на высоте 500 гПа, что подавляет межгодовую изменчивость H. Диагностика, основанная на гипсометрическом уравнении, указывает, что в повышении глобального H преобладает расширение столба воздуха из-за вызванного потеплением уменьшения плотности воздуха, а величина dH/dT_s определяется в основном вертикальной интеграцией профиля потепления ниже уровня давления. Поскольку антропогенное вынужденное повышение H довольно однородно по горизонтали и пропорционально изменению T_s, прошлые и прогнозируемые будущие изменения в глобальном поле H на каждом уровне давления могут быть воспроизведены путём изменения T_s, умноженного на постоянное историческое значение dH/dT_s. Пространственно однородное повышение H воспроизводит прошлое и прогнозируемое будущее увеличение широко используемого контура H = 5880 геопотенциальных метров в минуту на высоте 500 гПа, предполагая, что оно не указывает на усиление субтропического максимума, а просто вызвано тепловым расширением атмосферы. Эта работа раскрывает физический механизм повышения H и предлагает простой способ оценки аномалии H на основе аномалии T_s.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-024-07175-5

Замороженные части Крайнего Севера тают, поскольку регион нагревается намного быстрее, чем в среднем в мире. Опасность повышения уровня моря из-за таяния ледников, увеличения концентрации парниковых газов в результате таяния многолетней мерзлоты и изменений в ключевых физических системах высоких широт побудила многих авторов, а в последнее время и международные агентства и надгосударственные субъекты, изучить «чрезвычайные меры». Это могло бы помочь сохранить «замёрзший» Север. Однако эффективность и осуществимость многих из этих идей остаются крайне неопределёнными, а некоторые могут нести значительные риски или даже быть откровенно опасными для экосистем и людей Севера. На сегодняшний день ни один обзор не оценил все предложенные схемы. Цели этого первого этапа обзора литературы (который можно найти в отдельном сборнике (https://doi.org/10.5281/zenodo.10602506) заключаются в том, чтобы рассмотреть все предлагаемые вмешательства в общем пространстве оценки и выявить пробелы в знаниях в предложения по активному сохранению. Авторы обнаружили 61 вмешательство, ориентированное на высокие широты, в атмосфере, на суше, в океанах, во льдах и в промышленности. Они классифицируют их по простой трёхбалльной системе оценки по 12 различным категориям. Из этого первоначального обзора можно определить, какие идеи получили низкие оценки по большинству категорий и поэтому, вероятно, не стоят того, чтобы их реализовывать; некоторые группы мер, такие как традиционные наземные меры по смягчению последствий изменения климата, получают относительно высокие оценки, в то время как меры, основанные на океане и морском льду, имеют более низкие оценки и в целом имеют более высокую степень неопределённости. Этот обзор обеспечит основу для дальнейшей углублённой экспертной оценки, которая станет второй фазой проекта в течение следующих нескольких лет, спонсируемого Университетом Арктики.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-024-03705-6

Модели системы Земли (МСЗ) оценивают обмен массой и энергией между поверхностью Земли и атмосферой, уделяя особое внимание моделированию обратной связи с природными парниковыми газами. Метан является вторым по важности парниковым газом после углекислого газа. Растёт обеспокоенность по поводу быстро увеличивающейся концентрации метана в атмосфере, что подчёркивает необходимость точного глобального моделирования его выбросов с использованием МСЗ. Из множества источников метана в мире водно-болотные угодья являются крупнейшими естественными источниками, что приводит к значительным усилиям по обеспечению их представительства в МСЗ с особым упором на выбросы метана. В этом обзоре авторы сначала дают исторический обзор включения компонентов метана водно-болотных угодий в МСЗ и того, как подходы к моделированию метана развивались с течением времени. Во-вторых, они обсуждают недавние достижения в области моделирования, обещающие улучшить прогнозы выбросов метана, а именно связь приземных и атмосферных модулей МСЗ, представление микротопографии и механизмов переноса, разрешение микробных процессов в различных пространственно-временных масштабах и улучшенное картирование площади водно-болотных угодий различных типов. В-третьих, проливается свет на различные проблемы, мешающие точной оценке выбросов метана водно-болотных угодий, о чём свидетельствует постоянное несоответствие между прогнозами моделей в подходах «снизу вверх» и «сверху вниз». Наконец, авторы подчёркивают, что более детальное представление биогеохимии и динамической гидрологии при разрешении неоднородности растительности внутри водно-болотных угодий должно улучшить прогнозы модели, особенно в сочетании с расширением сетей наземных измерений и картированием с высоким разрешением параметров, связанных с метаном, таких как высота уровня воды, глубина уровня грунтовых вод и концентрация метана.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JG007915

С целью минимизации вероятности подтоплений городских территорий ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» предложил комплексный подход к адаптации системы водоотведения Санкт-Петербурга к изменению климата за счет сочетания «зеленых» технологий (активно используются при планировании новых жилых районов в Финляндии) с «серыми», под которыми понимаются традиционно используемые в нашей стране подземные (трубопроводные) общесплавные и ливневые системы водоотведения. В масштабах всей страны (возможно поэтапно) необходимо решить проблему актуализации климатических параметров (среднегодового количества осадков и интенсивности дождей), используемых при выполнении гидравлических расчетов при проектировании сетей ливневой канализации в соответствии с СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

Ссылки: https://vodanews.info/problema-podtopleniya-gorodskih-territorij-trebuet-aktualizacii-klimaticheskih-parametrov-normativnoj-bazy-proektirovaniya/, 
https://xn----gtbnrdgyt.xn--p1ai/sistemy-vodootvedeniya/kompleksnyj-podhod-k-adaptatsii-sistem-vodootvedeniya-sankt-peterburga-k-intensifikatsii-atmosfernyh-osadkov-v-usloviyah-izmeneniya-klimata/

Динамика облаков и их реакция на будущее изменение климата продолжают представлять собой значительный источник неопределённости в прогнозах климата. Помимо средних свойств облаков, существенное влияние на энергетический баланс Земли оказывает суточный цикл облаков (СЦО), в течение которого солнечная радиация отражается в дневное время, а длинноволновая радиация непрерывно поглощается и переизлучается в течение всего дня. Предыдущие исследования показали, что климатические модели демонстрируют определённые расхождения при моделировании СЦО; однако меньше исследовательского внимания уделялось закономерностям этих отклонений СЦО и их влиянию на моделирование энергетического баланса Земли. Здесь авторы используют спутниковые данные для сравнения структуры СЦО в рамках проекта взаимного сравнения объединённых моделей, этап 5 (CMIP5) и их последних версий в CMIP6 как в региональном, так и в глобальном масштабах. Обнаружено, что некоторые из новейших климатических моделей имеют тенденцию иметь большие отклонения СЦО при использовании спутниковых наблюдений в качестве эталона, а радиационные эффекты, вызванные изменениями СЦО, составляют почти 50% изменений общего радиационного воздействия облаков. Предполагается, что смещение СЦО играет важную роль в моделировании глобального энергетического бюджета. Поэтому авторы призывают к совершенствованию схем параметризации облаков, уделяя особое внимание их суточному циклу, чтобы уменьшить влияние облаков на будущие прогнозы климата.

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/15/3/381

Водно-болотные угодья играют ключевую роль в поддержании экологического баланса и регулировании климата. Однако из-за сложных и изменчивых спектральных характеристик водно-болотных угодий в настоящее время нет общедоступных глобальных с разрешением 30 метров наборов динамических данных по водно-болотным угодьям. В этом исследовании авторы представляют новые глобальные годовые карты водно-болотных угодий с разрешением 30 м (GWL_FCS30D), используя временные ряды изображений Landsat на платформе Google Earth Engine, охватывающие период 2000–2022 гг. и содержащие восемь подкатегорий водно-болотных угодий. В частности, в полной мере используется предыдущий глобально распределённый пул обучающих выборок водно-болотных угодий и применяются локальная адаптивная классификация и алгоритм проверки пространственно-временной согласованности для создания ежегодных карт водно-болотных угодий. Было обнаружено, что карты GWL_FCS30D достигли общей точности и коэффициента Каппа 86,95 ± 0,44% и 0,822 соответственно в 2020 году и демонстрируют большую временную изменчивость в Соединённых Штатах и Европейском Союзе. Авторы ожидают, что этот набор данных окажет жизненно важную поддержку в защите и устойчивом развитии водно-болотных экосистем.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03143-0

По мере распространения засух во времени и пространстве их последствия усиливаются из-за изменений в свойствах. Поскольку временное и пространственное распространение засухи в основном изучается отдельно, пока неизвестно, как изменяются пространственная протяжённость и связанность засухи по мере её распространения в гидрологическом цикле от осадков к речному стоку и грунтовым водам. Авторы использовали большой набор данных из 70 водосборных бассейнов Центральной Европы для изучения распространения местных и пространственных характеристик засухи. Показано, что распространение засухи приводит к более продолжительным, более поздним засухам и их меньшему числу с большей пространственной протяжённостью. 75% дождевых засух распространяются на «осадки минус суммарное испарение», из них 20% - дальше на речной сток и 10% на грунтовые воды. 40% речных засух распространяется на грунтовые воды. Степень засухи и её зависимость увеличиваются на пути распространения засухи от осадков к речному стоку благодаря синхронизирующим эффектам поверхности суши, но снова уменьшаются для грунтовых вод из-за подповерхностной неоднородности.

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL107918