Высокое содержание активных компонентов азота усугубляет загрязнение воздуха, а также может повлиять на структуру и функционирование экосистем в наземно-водно-морском континууме. Однако долгосрочные исторические тенденции и будущие прогнозы химически активных компонентов азота в глобальном масштабе по-прежнему отличаются высокой степенью неопределённости. В этом исследовании полевые наблюдения, спутниковые продукты, модельные результаты и многие другие ковариаты были интегрированы в модель машинного обучения для выявления глобальных закономерностей реактивных компонентов азота в течение 2000–2019 гг. Чтобы уменьшить неопределённость оценок в будущих сценариях, построенный набор данных о компонентах реактивного азота за исторический период затем использовался в качестве ограничителя для калибровки набора данных проекта CMIP6 в четырёх сценариях. Результаты показали, что значения R² перекрёстной проверки четырёх видов показали удовлетворительную производительность (R²> 0,55). Концентрации оценённых химически активных компонентов азота в Китае постоянно увеличивались в течение 2000–2013 гг., тогда как с 2013 года они резко снижались, за исключением NH₃. Это может быть связано с воздействием политики чистого воздуха. Однако эти соединения в Европе и США оставались относительно стабильными с 2000 года. В сценариях будущего SSP3-7.0 (сценарий традиционной энергетики) и SSP1-2.6 (сценарий углеродной нейтральности) показали самые высокие и самые низкие концентрации реактивного компонента азота соответственно. Хотя концентрации реактивного азота в некоторых сценариях сильного загрязнения (SSP3-7.0) также снизились в течение 2020–2100 гг., сценарии SSP1-2.6 и SSP2-4.5 (сценарий средних выбросов) по-прежнему сохраняли тенденцию к более быстрому снижению. Эти результаты подчёркивают необходимость достижения углеродной нейтральности для снижения глобального загрязнения атмосферы азотом.

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-69/

Резюме редактора

Характер речного стока меняется в зависимости от сезона, что оказывает важное влияние на возникновение наводнений и засух, степень водной безопасности и экологию. Как антропогенное изменение климата влияет на эти сезонные циклы? Ван и др. (Wang et al.) использовали натурные наблюдения за среднемесячным речным стоком с 1965 по 2014 гг. в сочетании с моделированием, чтобы показать, что антропогенное воздействие на климат уже привело к снижению сезонности речного стока на широтах выше 50° северной широты. Понимание этих изменений необходимо для того, чтобы пресноводные экосистемы сохраняли свои основные функции для обеспечения устойчивых водных ресурсов и определения ассигнований на ирригацию или производство гидроэлектроэнергии.

Аннотация

Речные экосистемы адаптировались к естественным изменениям стока в зависимости от сезона. Однако данные, свидетельствующие о том, что изменение климата уже повлияло на величину сезонности речного стока, ограничены местными исследованиями, в основном сосредоточенными на изменениях среднего или экстремального стока. В этом исследовании представлено использование энтропии распределения в качестве надёжного показателя для оценки неравномерности потока и объёма в зависимости от сезона, что позволяет провести глобальный анализ. Авторы обнаружили, что около 21% долгосрочных речных гидропостов демонстрируют значительные изменения в сезонном распределении стока, но две трети из них не связаны с тенденциями среднегодового расхода воды. Объединив реконструкцию стока на основе данных с современным гидрологическим моделированием, они выявили заметное ослабление сезонности речного стока в северных высоких широтах (выше 50° с.ш.), - явление, напрямую связанное с антропогенным воздействием на климат.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi9501

Бореальные и горные регионы Фенноскандии характеризуются широким спектром типов растительности: от бореальных лесов до высокогорных тундр и бесплодных почв. В этом районе наблюдаются рост температуры воздуха выше среднемирового уровня, а также изменения в температуре и характере осадков. Ожидается, что это изменит состав растительности Фенноскандии и изменит условия землепользования, например, для лесного хозяйства, туризма и оленеводства. В этом исследовании авторы использовали уникальный климатический сценарий с высоким разрешением (3 км) со значительным потеплением, вызванным резким увеличением выбросов углекислого газа, чтобы выяснить, как изменение климата может повлиять на состав растительности, биоразнообразие и доступность подходящего корма для оленей. Использование динамической модели растительности, включая новую реализацию потенциального выпаса оленей, привело к созданию смоделированных карт растительности с беспрецедентно высоким разрешением для таких длительного периода времени и пространственного масштаба. Результаты оценивались в местном масштабе с использованием инвентаризации растительности, а также для всей территории по спутниковым картам растительности. Более глубокий анализ изменений растительности, связанный со статистикой видов, находящихся под угрозой исчезновения, был проведен в шести «горячих точках», содержащих данные о редких и находящихся под угрозой исчезновения видах. В этом сценарии с высоким уровнем выбросов моделирование демонстрирует резкие изменения в составе растительности, которые ускорятся в конце столетия. Вызывает тревогу тот факт, что результаты показывают, что южный горно-альпийский регион Швеции будет полностью покрыт лесами в конце XXI века, что сделает невозможным сохранение многих редких и находящихся под угрозой исчезновения видов. В северных альпийских регионах большинство типов растительности сохранится, но переместится на бо́льшие высоты с уменьшением площади, что поставит под угрозу уязвимые виды. Смоделированный потенциал выпаса оленей указывает на широтные различия, при этом более высокий потенциал наблюдается на юге в условиях нынешнего климата. В будущем эти различия уменьшатся, поскольку потенциал на севере увеличится, особенно в отношении летних пастбищ. Эти совокупные результаты предполагают значительные изменения в составе растительности в текущем столетии для этого сценария, что будет иметь серьёзные последствия для охраны природы, оленеводства и лесного хозяйства.

Ссылка: https://bg.copernicus.org/articles/21/1093/2024/

Набор данных по прогнозированию климата (CHC-CMIP6) Центра климатических опасностей, этап 6 проекта взаимного сравнения связанных моделей, был разработан для поддержки анализа связанных с климатом опасностей, включая экстремальную влажную жару и засуху, в недавнем прошлом и в ближайшем будущем. Глобальные ежедневные сетки высокого разрешения (0,05°) инфракрасной температуры климатических опасностей с продуктом температуры станций, инфракрасных осадков климатических опасностей с продуктом осадков станций и относительной влажности, полученной с помощью ERA5, составляют основу исторических данных за 1983–2016 гг., на основе которых ежедневно были получены значения дефицита давления паров (Vapor Pressure Deficits, VPD) и максимальных температур по влажному термометру (Wet Bulb Globe Temperatures, WBGT_max). Большие ансамбли CMIP6 из сценариев «Общий социально-экономический путь 2-4.5» и «SSP 5-8.5» затем использовались для разработки ежедневных «дельта-полей» с высоким разрешением на 2030 и 2050 гг. Эти дельты использовались для искажения исторических наблюдений, в результате чего были созданы прогнозы ежедневных осадков, температуры, относительной влажности и полученных значений VPD и WBGT_max на 2030 и 2050 годы с точностью до 0,05°. Наконец, для каждого периода времени были получены ежемесячные подсчёты частоты экстремумов для каждой переменной.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03074-w

Основная система циркуляции океана, Атлантическая меридиональная термохалинная циркуляция (AMТЦ), замедляется. Такое ослабление согласуется с потеплением, связанным с увеличением выбросов парниковых газов, а также с недавним снижением промышленного аэрозольного загрязнения. Однако влияние аэрозолей от сжигания биомассы на АМТЦ остается неизученным. Авторы используют большой ансамбль оценок моделей системы Земли сообщества версии 1 для количественной оценки воздействия обоих типов аэрозолей на АМТЦ. Несмотря на относительно небольшие изменения в аэрозолях от сжигания биомассы в Северной Атлантике, происходит значительная эволюция АМТЦ, включая ослабление с 1920 по ~ 1970 гг. с последующим усилением АМТЦ. Эти изменения в значительной степени противоречат соответствующей эволюции АМТЦ в условиях промышленных аэрозолей. Реакция АМТЦ инициируется термическими изменениями потока плотности поверхности моря из-за изменения коротковолнового излучения. Дополнительный динамический механизм, включающий градиент давления на уровне моря в Северной Атлантике, важен при аэрозолях от сжигания биомассы. Конвергенция потоков солёности океана, вызванная АМТЦ, действует как положительная обратная связь. Эти результаты показывают, что аэрозоли при сжигании биомассы усиливают ослабление АМТЦ в начале ХХ века, связанное с парниковыми газами, а также частично приглушают воздействие промышленных аэрозолей на АМТЦ. Недавнее увеличение лесных пожаров предполагает, что аэрозоли от сжигания биомассы, могут быть важным фактором будущей изменчивости АМТЦ.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00602-8

Многие климатические модели имитируют приземные температуры воздуха - слишком низкие в Арктике по сравнению с данными реанализа ERA5, основанными на наблюдениях, и эта предвзятость была отмечена в Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC AR6). Здесь представлен полученный со спутников набор данных высокого разрешения о температуре приземного воздуха в арктическом регионе морского льда (1982–2020 гг.). Авторы используют его в качестве эталона для переоценки результатов реанализа климата и моделирования в рамках проекта CMIP6. Они обнаружили, что моделирование CMIP6 в центральной Арктике, где обычно более толстый лёд и снег, хорошо согласуется со спутниковыми наблюдениями со среднегодовым отклонением менее ± 1°C над морским льдом. Напротив, климатические реанализы, такие как ERA5, демонстрируют широко распространённые отклонения в потеплении, превышающие 2°C в том же регионе. Авторы пришли к выводу, что использование реанализа ERA5 в качестве эталона могло привести к недооценке надёжности климатической модели в Арктическом регионе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01276-z

Хотя темпы роста мольных долей CO₂ в атмосфере можно измерить с высокой точностью, всё ещё существуют большие неопределённости в отношении их отнесения к конкретным регионам и разнообразным антропогенным и естественным источникам и стокам. Основным источником неопределённости является суммарный поток углекислого газа из биосферы в атмосферу, суммарный экосистемный обмен (СЭО). Существует два основных подхода к количественной оценке СЭО: подходы «сверху вниз», которые обычно используют атмосферные инверсии, и оценки «снизу вверх», построенные на моделях или инвентаризациях, основанных на процессах или данных. Подходы «сверху вниз» и «снизу вверх» имеют известные сильные и слабые стороны. Атмосферные инверсии (например, те, которые используются в глобальных углеродных бюджетах) дают оценки СЭО, которые согласуются с темпами роста атмосферного CO₂ в региональном и глобальном масштабах, но являются весьма неопределёнными в меньших масштабах. Модели, построенные на данных «снизу вверх», основанные на измерениях вихревой ковариации (например, FLUXCOM), соответствуют локальным наблюдениям СЭО и их пространственной изменчивости, но испытывают трудности с точным масштабированием до надёжной глобальной оценки. 

В этом исследовании авторы предлагают объединить два подхода для получения глобальных оценок СЭО с целью извлечь выгоду из сильных сторон каждого подхода и смягчить их ограничения. Они делают это, ограничивая основанную на данных модель FLUXCOM региональными оценками СЭО, полученными на основе ансамбля атмосферных инверсий из «Глобального углеродного бюджета» 2021 года. Для этого необходимо преодолеть ряд научных и технических проблем при объединении информации о различных физических переменных, на которые влияют разные процессы в разных пространственных и временных масштабах. Разработана оптимизирующая СЭО структура моделирования, рассматривающая как производительность модели на уровне in situ на основе измерений вихревой ковариации, так и на уровне крупных регионов на основе оценок атмосферной инверсии СЭО и их неопределённости. Полученная в результате модель потока, управляемая данными, с «двойными ограничениями», улучшается за счёт информации, основанной на одиночных ограничениях («сверху вниз» или «снизу вверх»), создавая надёжные локально разрешённые и глобально согласованные пространственно-временные поля СЭО. 

По сравнению с эталонными оценками глобального стока суши из литературы, например, из «Глобальных углеродных бюджетов», представленный глобальный СЭО, полученный с помощью двойных ограничений, показывает значительно меньшую погрешность в глобальном и тропическом СЭО по сравнению с базовыми оценками модели с подходом «снизу вверх», основанной на данных (т.е. с одним ограничением). Средняя сезонность глобального СЭО, полученного с помощью двойных ограничений, также более соответствует «Глобальному углеродному бюджету» и атмосферным инверсиям. В то же время эта модель допускает более надёжное пространственное разрешение СЭО. Улучшенная производительность модели с двойными ограничениями в пространственных и временных масштабах демонстрирует потенциал добавления нисходящего ограничения к восходящей модели потоков, управляемой данными.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/2555/2024/

ФОН

Подземные воды являются крупнейшим доступным ресурсом пресной воды и образуют активный компонент глобального водного цикла. Он служит основным источником пресной воды для миллиардов людей и обеспечивает питьевой водой многочисленные общины. Более того, подземные воды обеспечивают более 40% мировой потребности в орошении и становятся всё более важными в смягчении дефицита воды, вызванного изменением климата. За последние несколько десятилетий изменение климата и другая антропогенная деятельность существенно изменили пополнение, сброс, сток, хранение и распределение подземных вод. Отступление ледников и таяние многолетней мерзлоты, вызванные потеплением климата, привели к изменениям в состоянии грунтовых вод в ледниковых районах и районах многолетней мерзлоты. В интересах содействия более полному пониманию состояния глобальных подземных вод авторы представляют синтез их меняющегося характера в глобальном водном цикле за последние десятилетия, сформированного воздействием изменения климата и другой различной антропогенной деятельности.

СОСТОЯНИЕ ДЕЛ

Изменение климата и другая антропогенная деятельность привели к региональным и глобальным изменениям в динамике подземных вод. Изменения, вызванные климатом, включают изменения в скорости пополнения подземных вод на разных континентах, увеличение вклада подземных вод в речной сток в ледниковых водосборах, а также глубокие изменения в характере потоков подземных вод в районах многолетней мерзлоты. Талая ледниковая вода проникает в недра, поддерживая стабильный расход грунтовых вод в ручьи в засушливые сезоны. Таяние многолетней мерзлоты способствует увеличению инфильтрации осадков, увеличению запасов грунтовых вод, созданию новых путей подземных потоков и увеличению сброса грунтовых вод в речной поток. Прямая антропогенная деятельность включает забор подземных вод, нетрадиционную добычу нефти и газа, разведку геотермальной энергии, управляемое пополнение водоносных горизонтов, облесение, мелиорацию земель, урбанизацию и международную торговлю продуктами питания. Эти мероприятия приводят к забору и закачке подземных вод, изменению региональных режимов стока подземных вод, влиянию на уровень грунтовых вод и запасам подземных вод, а также к перераспределению включённых в продукты питания грунтовых вод во всём мире. Истощение подземных вод происходит по всему миру и усилилось в последние десятилетия. Подземные воды, откачиваемые из водоносных горизонтов, участвуют в глобальном водном цикле, способствуя речному стоку и эвапотранспирации. Отвод подземных вод переводит пресную воду из долговременного хранилища в активный круговорот воды на поверхности Земли. Более того, отбор невозобновляемых подземных вод из глубоких водоносных горизонтов интегрирует глубокие древние ископаемые подземные воды в активный современный водный цикл, что в конечном итоге способствует повышению уровня моря. Риски проникновения солёной воды и затопления грунтовых вод в прибрежных регионах усугубляются повышением уровня моря. Важность подземных вод для питья и орошения может возрасти в ответ на изменение климата. Следовательно, ожидается, что в будущем влияние истощения подземных вод на повышение уровня моря будет усиливаться.

ПРОГНОЗ

Роль подземных вод в глобальном водном цикле становится всё более динамичной и сложной, в то время как безопасность ресурсов подземных вод сталкивается со значительными угрозами во всём мире как с точки зрения количества, так и качества. Устойчивое использование ресурсов подземных вод стало важнейшей глобальной проблемой. При планировании более устойчивого будущего ресурсы подземных вод следует рассматривать как с региональной, так и с глобальной точек зрения, особенно для крупных трансграничных систем подземных вод. Поскольку глобальные изменения продолжают влиять на эти ресурсы, крайне важно управлять подземными и поверхностными водами как единым ресурсом. Кроме того, необходимо одновременно решать вопросы обеспечения продовольственной и водной безопасности и поддержания здоровья экосистем. Для повышения устойчивости подземных вод могут использоваться различные стратегии управления, включая сохранение лесов и водно-болотных угодий, опреснение, переработку сточных вод, управляемое пополнение водоносных горизонтов, проекты по отводу воды и развитие зелёной инфраструктуры. Существуют серьёзные пробелы в исследованиях, которые требуют дальнейшего изучения, включая детальные исследования подземных вод в высоких широтах и горных регионах, более точные прогнозы пополнения подземных вод, количественные оценки объёмов закачиваемых и сбрасываемых подземных вод, а также точное моделирование глобального водного баланса. Для эффективного устранения этих пробелов необходимы комплексные наборы данных наблюдений, поскольку они позволяют провести тщательную оценку текущего состояния и будущих изменений в ресурсах подземных вод.

 АННОТАЦИЯ

В последние десятилетия изменение климата и другая антропогенная деятельность существенно повлияли на системы подземных вод во всём мире. Эти воздействия включают изменения в пополнении, сбросе, стоке, хранении и распределении подземных вод. Климатические сдвиги очевидны в изменении скорости пополнения запасов, увеличении вклада подземных вод в речной сток в ледниковых водосборах и увеличении потока подземных вод в районах многолетней мерзлоты. Прямые антропогенные изменения включают забор и закачку подземных вод, изменение режима регионального стока, изменение уровня грунтовых вод и хранилищ, а также перераспределение включённых в продукты питания подземных вод во всём мире. Примечательно, что добыча подземных вод способствует повышению уровня моря, увеличивая риск затопления подземных вод в прибрежных районах. Роль подземных вод в глобальном водном цикле становится всё более динамичной и сложной. Количественная оценка этих изменений имеет важное значение для обеспечения устойчивого снабжения людей и экосистем ресурсами пресных подземных вод.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf0630

После многих лет незначительного изменения взглядов сообщества на равновесную чувствительность климата (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS) в 2021 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата пришла к выводу, что она стала гораздо лучше известной, чем раньше. Это событие подкрепило возросшую уверенность в долгосрочных изменениях климата в этом отчёте. Авторы помещают это развитие в исторический контекст, кратко оценивают прогресс, достигнутый с тех пор, и обсуждают проблемы и возможности для дальнейшего улучшения знаний об этой знаковой концепции. Авторы утверждают, что распределения вероятностей, опубликованные в этих оценках, всё ещё приблизительно верны; хотя различные последующие исследования утверждали о дальнейшем сужении, они упустили из виду важные структурные неопределённости, связанные с неучтёнными процессами, несовершенными взаимосвязями или другими факторами, которые следует включить. Тем не менее, в будущем распределение может быть сужено, особенно за счёт лучшего понимания некоторых климатических процессов и палеоклиматических показателей. Однако не все рекламируемые стратегии действительно полезны. Авторы также отмечают, что ECS не учитывает риски, связанные с углеродным циклом или возможными точками невозврата, и по мере рассмотрения сценариев всё более сильного смягчения последствий (т.е. «чистого нуля») ECS становится менее информативным о будущем изменении климата по сравнению с другими факторами, такими как аэрозольное радиационное воздействие и влияние на региональные изменения, такие как динамика океана.

Ссылка: https://acp.copernicus.org/articles/24/2679/2024/

Авторы количественно оценивают прогнозируемые воздействия альтернативных уровней глобального потепления на климатически обусловленные географические ареалы растений и позвоночных животных в шести странах (Китай, Бразилия, Египет, Эфиопия, Гана и Индия), учитывая неопределённости в региональных прогнозах климата. Количественно определено оставшееся или утраченное видовое богатство в пространственно явном виде, что позволяет идентифицировать климатические рефугиумы*, которые авторы определяют как территории, где >75% видов, присутствующих в настоящее время, остаются в мире с определённым уровнем глобального потепления, превышающим доиндустриальный уровень. Во всех странах и в обоих таксонах видовое богатство снижается с потеплением, равно как и доля каждой страны, остающейся климатическим рефугиумом для растений и позвоночных животных. В процентном отношении потеря рефугиумов по сравнению с базовым периодом 1961–1990 гг. является наибольшей в Индии и Бразилии и наименьшей в Гане и Эфиопии при том же уровне потепления, и она выше для растений, чем для позвоночных. Если принять во внимание нынешнее землепользование (т.е. территорию, которая всё ещё считается естественной) и использование видового богатства растений в качестве показателя биоразнообразия в более общем плане, доля земель, выступающих в качестве климатических убежищ для биоразнообразия, в пяти странах по-разному снижается от 32 до 75% площади страны в базовый период 1961–1990 гг. до 20–64% при глобальном потеплении на 1,5°C, 11–53% при глобальном потеплении на 2°C, 3–33% при потеплении на 3°C и 2–24% при потеплении на 4°C. В Эфиопии, Индии, Бразилии и Китае число климатических рефугиумов быстро сокращается по мере потепления, тогда как в Гане и Китае некоторые рефугиумы сохраняются даже при потеплении на 3–4°C. Лишь небольшой процент территории Бразилии, Индии и Китая одновременно являются климатическими убежищами и находятся на охраняемых территориях; следовательно, расширение сетей охраняемых территорий в этих странах потребуется для обеспечения устойчивого к изменению климата сохранения биоразнообразия. Этот процент выше в Эфиопии и Гане, а в некоторых районах Ганы единственные оставшиеся рефугиумы находятся на охраняемых территориях, а оставшийся ландшафт переоборудован для других целей.

* Участки земной поверхности или Мирового океана, где вид или группа видов пережили или переживают неблагоприятный для них период геологического времени, в течение которого на больших пространствах эти формы жизни исчезали.

Ссылка: https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-023-03666-2