Limits to predictability of the asymptotic state of the Atlantic Meridional Overturning Circulation in a conceptual climate model
本研究利用快慢耦合的概念气候模型，探究大西洋经向翻转环流的终态敏感性，发现分形吸引域边界导致其渐近状态的第二类可预测性趋近于零，为气候临界点预测及高维气候模型解释提供了参考。
2023-12-18 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Climate change alters teleconnections
Department of Earth and Planetary Sciences and School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学地球与行星科学系及工程与应用科学学院）
研究通过协方差指纹法和多元线性回归，揭示人为气候变化对遥相关模式的影响及未来变化预测
2025-12-27 physics.ao-ph physics.geo-ph
High-frequency cyclicity in the Mediterranean Messinian evaporites: evidence for solar-lunar climate forcing
纹状沉积层序的沉积通常受气候条件的控制。通过对两个晚中新世蒸发岩系列（一个是石盐，另一个是石膏）的研究，重建了地中海盆地底部厚层蒸发岩沉积在6 Ma的麦西尼亚盐危机高峰期的古气候和古环境条件。光谱分析显示，这些纹状玄武岩序列在3-5，9，11-13，20-27和50-100年左右的周期性峰值。与地中海西部现代降水数据的比较表明，在麦西尼亚盐度危机的顶点，气候不是处于永久性的赤道阶段，而是处于一种动态的情况下，蒸发岩沉积受准周期性气候振荡控制，与现代类似物相似，包括准两年振荡、厄尔尼诺南方涛动和十年到长期的月球和太阳引起的周期。特别是，我们发现了一个显着的准十年振荡与一个突出的9年的峰值，这是常见的现代温度记录中也存在，并在当代大西洋年代际振荡（AMO）指数和太平洋年代际振荡（PDO）指数。这些周期性在古代和现代的气候记录中是共同的，因为它们可以与太阳和太阳-月球潮汐周期相关联。
2012-12-27 physics.ao-ph physics.geo-ph
Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications
我们研究了年代际和多年代际气候振荡是否有天文起源。自1850年以来的几个全球地面温度记录和从行星轨道推导出的记录呈现出非常相似的功率谱。两个记录中有11个周期在5年到100年之间的频率密切对应。其中，峰谷振幅约为0.1 $^oC$和0.25 $^oC$，周期分别约为20年和60年的大气候振荡与木星和土星的轨道周期同步。Schwabe和Hale太阳周期也可以在温度记录中看到。9.1年的周期与月球的轨道周期同步。基于这些天文周期的唯象模式可以很好地重建1850年以来的温度振荡，并对21世纪的$^{st}$作出部分预报。结果表明，自1970年以来，至少有60%的全球变暖是由上述自然气候振荡的综合作用引起的。部分预测表明，气候可能会稳定或冷却，直到2030-2040年。定性地讨论了可能的物理机制，重点是耦合振子的集体同步现象。
2010-05-25 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Resonant phenomena in extended chaotic systems subject to external noise: the Lorenz'96 model case
研究了时间相关噪声对扩展混沌系统的影响。选择的模型是Lorenz'96，一种用于气候研究的“玩具”模型。通过分析系统的时间演化及其时空相关性，我们得到了两个类随机共振行为的数值证据。当通常的和广义的信噪比函数都被描述为外部噪声强度或系统大小的函数时，就会出现这种行为。潜在的机制似乎与“噪声诱导的混沌减少”有关。这些和其他调查结果的“最佳”气候预测的可能相关性进行了讨论。
2007-06-12 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Long-window tandem variational data assimilation methods for chaotic climate models tested with the Lorenz 63 system
针对无伴随模型的混沌气候模型参数估计问题，提出长窗口串联变分数据同化方法，通过利用其他ESM的伴随模型、DSPE稳定切线性系统及双模型同步，实现长窗口参数估计，节省计算资源且精度提升显著。
2025-04-17 nlin.CD physics.ao-ph
Impact of large scale climate oscillation on drought in West Africa
干旱对撒哈拉以南非洲脆弱的经济构成严重威胁。这项研究调查了大规模海洋振荡对西非干旱的影响。该地区的标准化降水指数是使用1961 - 1990年期间气候研究股的月降水量数据计算的。利用线性相关、协整检验、互信息和非线性同步等方法，研究了南大洋指数（SOI）、太平洋年代际振荡（PDO）和北大西洋振荡（NAO）对西非干旱的影响。SOI与干旱呈显著正相关，PDO和NAO呈显著负相关。协整检验证实了这一点。非线性检验揭示了各指标与干旱的复杂关系。与西非萨赫勒地区相比，PDO对沿海地区干旱的影响较小或造成的影响较小。
2019-01-29 physics.ao-ph
Climate Network Structure Follows North Atlantic Oscillation Phases
我们从北大西洋不同地理位置的气候记录中构建了一个网络。两个站点之间的链接表示每个站点的记录之间的互相关。我们发现，在北大西洋涛动（NAO）的不同阶段的相关值显着不同的链接。通过对相关值设置一个优化阈值，我们发现网络中的强连接数在NAO指数为正时增加，在NAO指数为负时减少。我们发现一个显着的灵敏度的网络结构的振荡，这是显着高于所观察到的响应的空间平均的记录。我们的研究结果提出了一种新的措施，跟踪NAO模式。
2011-09-16 physics.ao-ph
Applying machine learning to improve simulations of a chaotic dynamical system using empirical error correction
University of Oxford（牛津大学）
动态天气和气候预测模型是许多地球系统研究的基础，有望根据物理定律对未来气候变化作出可靠预测。然而，这些模型的模拟与观测相比仍有许多差异。机器学习已被应用于解决某些预测问题，并取得了巨大的成功，最近有人提出，这可以取代物理衍生的动态天气和气候模式的作用，以提供更好的质量模拟。相反，在这里，测试了一个使用机器学习和物理模型的框架，在这个框架中，我们学习了如何从一个时间步到另一个时间步纠正后者的错误。这保持了模型中内置的物理理解，同时允许性能改进，并且还需要更简单的算法和更少的训练数据。这是测试的背景下，模拟混沌洛伦茨'96系统，它表明，该方法产生的模型是稳定的，并提供了改进的技能，在初始化的预测和更好的长期气候统计。然而，长期统计数据的改善小于单一时间步长趋势的改善，这表明制定针对较长时间尺度的改善的方法是有价值的。未来的发展战略，这种方法和可能的应用程序取得进展的重要科学问题进行了讨论。
2019-04-24 cs.LG nlin.CD physics.ao-ph
The Interdecadal Bipolar Oscillation: An Atmospheric Water Vapor Mode Driving Asynchronous Polar Climate Change
Beijing Normal University（北京师范大学）；Tsinghua University（清华大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Potsdam Institute for Climate Impact Research（波茨坦气候影响研究所）
研究发现大气水汽的十十年 bipolar 振荡驱动了北极和南极的异步气候变化，并可能影响极地气候演变及南方半球的气候风险。
2026-01-21 physics.ao-ph
The Solar Wind and Climate: Evaluating the Influence of the Solar Wind on Temperature and Teleconnection Patterns Using Correlation Maps
评估自然气候变化的幅度很重要，因为它可以极大地影响未来的气候政策。作为一个例子，我们研究了太阳活动（特别是太阳风）的变化对地面温度（Ts）和主要遥相关模式，如北极涛动和太平洋年代际涛动的影响。我们比较了Ts和地磁指数（aa，太阳风强度的指标）的组合以及Ts和遥相关模式的组合的相关图（相关系数的空间发布）。考虑了赤道纬向风准两年振荡的相位和太阳黑子数的大小。结果表明，太阳风的影响与遥相关型的影响一样强，前者似乎是通过后者来影响气候的。还发现，在解释太阳活动变率的影响时，应同时考虑太阳风和紫外线的变化，即，多途径方案是必要的。
2018-07-11 physics.ao-ph physics.geo-ph
Nonequilibrium oscillations, probability angular momentum, and the climate system
虽然平衡态统计力学的玻尔兹曼-吉布斯框架在许多领域都取得了成功，但它显然不足以描述许多远离平衡态的有趣自然现象。实现这一目标最简单的一步是更好地理解非平衡稳态（NESS）。在这里，我们专注于NESS的一个显著特征，持续的概率流，以及它们在我们气候系统中的表现。我们考虑稳态气候系统的自然变率，它可以近似为一个NESS。这些电流必须形成闭合回路，这在时间反转下是奇怪的，提供了热平衡和NESS系统之间的关键区别。寻找这种电流回路的表现形式，自然会把我们引向概率、角动量和观测量空间中的振荡的概念。具体地说，我们将把这个概念与某些随时间变化的关联函数的非对称部分联系起来。应用这种方法，我们提出，这些电流回路产生首选的自然气候变率的时空模式，采取气候震荡的形式，如厄尔尼诺南方涛动（ENSO）和马登-朱利安振荡（MJO）。在气候指数的空间中，我们观察到持续的电流，并为这些电流定义了一个新的诊断：概率角动量。利用观测到的ENSO和MJO气候时间序列，我们计算了概率角动量的平均值和分布。这些结果与线性高斯模型的分析结果吻合得很好。我们建议，除了是一个新的量化的气候震荡跨模式和观测，概率角动量提供了一个有意义的表征NESS中的所有统计系统。
2019-10-01 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Testing an astronomically-based decadal-scale empirical harmonic climate model versus the IPCC (2007) general circulation climate models
我们比较了最近提出的基于天文谐波的经验气候模式与IPCC（2007）用于解释20世纪全球地面温度的所有可用的大气环流气候模式（GCM）的性能。该模型假设气候与一组自然谐波共振或同步，这些谐波与太阳系行星运动有关，主要由木星和土星决定。我们发现，GCM未能再现1850年至2011年全球地面温度记录中发现的主要年代际和年代际振荡。与此相反，调和模型能够很好地重建1850 - 2011年的气候振荡，并能够利用1850-1950年的气候振荡资料预测1950 - 2011年的气候振荡，反之亦然。9.1年的周期可能与十年的太阳/月球潮汐振荡有关，而10-10.5年、20-21年和60-62年的周期与太阳和日光层行星振荡同步。最后，我们展示了这些大的自然周期的存在可以用来纠正IPCC预测的21世纪人为变暖趋势。通过将这一修正趋势与自然周期相结合，我们表明，在未来30年内，温度可能不会显着增加，主要是因为60年周期的负相。同样的IPCC预测人为排放量将意味着到2100年全球变暖约0.3-1.2 K，与IPCC预测的1.0-3.6 K相反。本文的结果加强了以前的说法，解释检测到的气候周期的相关物理机制仍然在当前的GCM中缺失，并且在几十年尺度上的气候变化是由天文学引起的，并且在第一近似中，可以预测。
2012-01-06 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Noise effects in extended chaotic system: study on the Lorenz'96 model
研究了时间相关噪声对扩展混沌系统的影响。选择的模型是Lorenz'96，一种用于气候研究的玩具模型。该系统受到时间和时空扰动。通过对系统时间演化及其时间相关性的分析，我们得到了两个类随机共振行为的数值证据。当将广义信噪比函数描述为外部噪声强度的函数或系统尺寸的函数时，可以看到这种行为。潜在的机制似乎与噪声引起的混沌减少有关。这些研究结果的最佳气候预测的可能相关性进行了讨论，使用有限的扰动和错误的演变的噪声影响的分析。
2007-07-17 cond-mat.stat-mech nlin.CD nlin.PS
Crucial Role of Obliquely Propagating Gravity Waves in the Quasi-Biennial Oscillation Dynamics
本研究使用全方向波传播模型，揭示了斜向向赤道传播的重力波在驱动热带平流层准两年振荡的相位推进及下平流层穿透中发挥的关键作用。
2024-04-25 physics.ao-ph
Role of Autoconversion Parameterization in Coupled Climate Model for Simulating Monsoon Subseasonal Oscillations
本研究通过CFSv2耦合气候模式在两种分辨率下的敏感性试验，证明改进自转换参数化能更准确模拟印度夏季风活跃—中断位相和次季节振荡，且高分辨率下改进更显著。
2024-11-07 physics.ao-ph physics.data-an
Solar and planetary oscillation control on climate change: hind-cast, forecast and a comparison with the CMIP5 GCMs
自1850年以来的全球地面温度记录（如HadCRUT 4）的特征是与特定的太阳、行星和月球谐波同步的气候振荡叠加在背景变暖调制上。后者与漫长的千年太阳振荡和大气化学成分的变化（如气溶胶和温室气体）有关。然而，目前的大气环流气候模型，例如将在2013年气专委第五次评估报告报告中使用的CMIP 5大气环流模型，未能重建观测到的气候振荡。作为替代方案，提出了一个经验模式，它使用：（1）一组特定的十年，多十年，长期和千年的天文谐波来模拟观测到的气候振荡;（2）一个0.45衰减的GCM集合平均模拟人为和火山强迫效应。所提出的经验模型通过更好地后推观测到的1850-2012年气候模式，优于GCM。发现：（1）自1850年和1970年以来观测到的变暖中约有50-60%是由自然振荡引起的，可能是由尚未包括在GCM中的调和天文强迫引起的;（2）2000-2040年近似稳定的预测温度;（3）2000-2100年的预估变暖范围在0.3 $^{o}C$和1.6 $^{o}C$之间，明显低于IPCC GCM集合平均预估变暖1.1 $^{o}C$和4.1 $^{o}C$;（4）对$CO_{2}$加倍的平衡气候敏感性以1.35 $^{o}C$为中心，在0.9 $^{o}C$和2.0 $^{o}C$之间变化。
2013-07-14 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Discussion on climate oscillations: CMIP5 general circulation models versus a semi empirical harmonic model based on astronomical cycles
全球地面温度（GST）记录的功率谱揭示了约9.1，10-11，19-22和59-62年的主要周期。分析了将在IPCC（2013）中使用的耦合模式相互比较项目5（CMIP 5）大气环流模式（GCM），发现无法重建这种变率。从2000年到2013.5，观察到GST平台，而GCM预测变暖率约为2K/世纪。相反，气候受特定自然振荡调节的假设更准确地符合多个时间尺度的GST记录。气候对CO2加倍的敏感性应减少一半，例如从IPCC-2007的2.0-4.5 K范围减少到1.0-2.3 K，中值为1.5 C。现代古气候温度重建也得出同样的结论。观测到的自然振荡可能是由天文强迫驱动的。在这里，我提出了一个半经验的气候模式，由六个特定的天文振荡作为建筑师的自然气候变率从十年到千年的尺度加上50%的衰减辐射变暖的分量推导出的GCM平均模拟作为衡量的人为和火山的贡献气候变化。半经验模型重建1850-2013年GST模式显着优于任何CMIP 5 GCM模拟。该模型预测2000-2100年可能的平均变暖范围约为0.3 C至1.8 C，明显低于原始CMIP 5 GCM集合平均范围（1 K至4 K）。
2013-10-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.space-ph
Variation of Chaotic Behaviour of Wind Speed Oscillations Across Indian Subcontinent
风速波动性的建模与风力发电、风力发电等领域有着重要的现实意义。大多数现有的建模技术假设风的时间波动在本质上是随机的，并且基本动态最好通过统计方法或概率分布来描述。混沌理论的出现改变了人们对动力系统不规则涨落的认识，它表明确定性混沌系统也可以产生类随机涨落。在本文中，我们分析了在日平均风速中看到的明显的随机波动的确定性的性质与非线性时间序列分析工具的帮助下，利用风速数据测量在9个典型的位置在印度次大陆从2005年到2015年。从分析中获得的显着的混沌量词的值清楚地表明，在所有这些位置的风速动态的确定性，低维和混沌的性质。
2022-03-23 nlin.CD physics.ao-ph physics.data-an
On the astronomical origin of the Hallstatt oscillation found in radiocarbon and climate records throughout the Holocene
在宇宙源放射性同位素（C-14和Be-10）和整个全新世的古气候记录中发现了一个周期约为2100-2500年的振荡，即哈尔施塔特周期。在这里，我们展示了这个周期的天文起源。也就是说，这种振荡是相干的主要稳定共振涉及四个类木行星-木星，土星，天王星和海王星-其周期为p=2318年。哈尔施塔特周期可能来自于太阳系盘圆度的节律性变化，假设这种动态最终可以调节太阳风，从而调节入射宇宙射线通量和/或地月系统周围的行星际/宇宙尘浓度。行星质量中心（PMC）相对于太阳的轨道被用作代理。我们分析了这个虚拟轨道的瞬时偏心率矢量是如何从13,000 B变化的。C. 17,000 A. D..我们发现，它经历了一种脉动，因为它清楚地呈现出有节奏的收缩和膨胀模式与2318年的周期连同一些已知的更快的振荡与行星轨道稳定共振。我们发现，太阳-PMC轨道的快速膨胀，然后缓慢收缩，似乎可以阻止宇宙射线进入系统内部区域，而缓慢膨胀，然后快速收缩有利于它。同样，同样的动力学可以调节落在地球上的行星际/宇宙尘的数量。然后，这些将通过云/日冕调制引起辐射潮汐的产生和气候变化。其他稳定的轨道共振频率（例如，20年、45年、60年、85年、159-171-185年等周期）在科学文献中确定的辐射潮汐、太阳、极光和气候记录中都有。因此，该结果支持太阳和/或气候变化的行星理论。
2016-10-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Global climate modeling of Saturn's atmosphere. Part IV: stratospheric equatorial oscillation
卡西尼号上的复合红外光谱仪（CIRS）揭示了平流层温度的赤道振荡，让人想起地球的准两年振荡（QBO），以及土星环下的异常高温。为了更好地了解土星平流层大气环流的这些主要特征，我们将在以前的出版物中已经用于研究对流层动力学、喷流形成和行星尺度波活动的伽利略-土星全球气候模型（GCM）扩展到更高的高度。首先，研究了高层模式顶部对对流层纬向急流的影响和动能分布。升高模式顶部可以防止对流层顶能量和涡度拟能的积累。参考GCM模拟与1/2 $^{\circ}$纬度/经度分辨率和一个凸起的模式顶部表现出类似QBO的振荡所产生的解决行星尺度波。然而，周期更不规则，向下传播比观测快。此外，相比CIRS观测反演，模拟的QBO样振荡低估了一半的赤道温度异常的幅度和垂直特征长度的赤道振荡。这类QBO振荡主要是由向西传播的波驱动;一个显着缺乏东向波强迫解释了波动向东阶段的QBO振荡。在北纬20 $^{\circ}$和南纬20 $^{\circ}$，土星-土星大气环流模式交替地在北半球和南半球表现出几个强的季节性东向急流。这些喷流与环的阴影有关。使用GCM模拟没有环的阴影，我们显示其对土星的平流层动力学的影响。剩余平均环流和涡动强迫都受到环阴影的影响。
2020-06-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Discussion on the spectral coherence between planetary, solar and climate oscillations: a reply to some critiques
在过去的几年里，一些工作提出，行星谐波调节太阳振荡和地球气候。在此，我提出一些批评。对这些数据的详细分析确实支持太阳和气候变化的行星理论。特别是，我表明：（1）全新世和海洋间冰期期间高分辨率宇宙成因10 Be和14 C太阳活动代用记录9.3（MIS 9.3），325-336 kyr ago，在大约103，115，130和150岁（这是产生类似蒙德和道尔顿的大太阳极小期的频带），其可以从基于行星谐波和太阳谐波之间的一般非线性耦合的简单太阳模型推导出;（2）时频分析和先进的最小方差无失真响应（MVDR）幅度平方相干分析证实，在保证足够的光谱分辨率的情况下，在10年和多年尺度上气候记录中存在持续的天文谐波。然而，目前最好的相干性测试只能通过直接比较温度和天文光谱来进行，就像在Sassetta（J. Atmos. Sol.特尔72（13），951-970，2010）。行星、太阳和气候振荡之间的光谱相干性在以下周期得到证实：5.2年、5.93年、6.62年、7.42年、9.1年（主月球潮汐周期）、10.4年（与9.93-10.87-11.86 yr太阳周期谐波有关）、13.8-15.0年、20年、30年和61年、103年、115年、130年、150年和大约1000年。这项工作回应了Cauquoin等人的批评。561，A132，2014）谁忽略了太阳变化的替代行星理论，和霍尔姆（J.大气。So…
2014-11-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Chaotic Hamiltonian dynamics of surface air temperature on daily to intraseasonal time scales
在不同气候条件下的陆地位置（从北极到巴塔哥尼亚）的地面空气温度日记录已经在每日到季节内的时间尺度上进行了研究（低频年度和季节变化已经通过从每日记录中减去小波回归而被去除）。结果表明，每日时间序列的功率谱表现出对应于哈密顿分布混沌的普遍行为。在这方面还考虑了全球平均温度波动（陆地数据）和热带太平洋海面温度波动（厄尔尼诺/拉尼娜现象）。结果表明，实际的光滑的可预报性的地面空气温度动力学是可能的，至少到基本（泵）周期的分布混沌。
2019-02-28 physics.ao-ph physics.geo-ph
A shared frequency set between the historical mid-latitude aurora records and the global surface temperature
在这里，我们表明，从1700年至1966年的中纬度极光的历史记录目前的振荡周期约为9，10-11，20-21，30和60年。在1650年和1850年以来的全球地面温度代用记录和仪器记录中，以及在几个行星和太阳记录中，也发现了同样的频率。因此，极光记录揭示了气候变化和天文振荡之间的物理联系。很可能，到达地球的宇宙射线通量和/或电离层的电特性存在调制。后者反过来又有可能调节全球云量，最终通过赤道振荡驱动气候振荡。特别是在1650年以来的所有气候和天文记录中，一个准60年的大周期是相当明显的，其中还包括619 - 1943年中国陨石坠落的历史记录。这些发现支持了气候振荡有天文起源的论点。我们发现，谐波成分模型的基础上揭示的极光记录中的主要天文频率是能够预测一个合理的精度从1950年到2010年的年代际和多年代际的温度振荡使用1950年之前的温度数据，反之亦然。单是天文机制引起的全球地面温度60年自然调制的存在，就意味着自1970年以来观测到的变暖至少有60-70%是自然引起的。此外，由于60年周期已进入冷却阶段，气候在今后几十年可能保持大致稳定。
2012-05-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Reply on Comment on "High resolution coherence analysis between planetary and climate oscillations" by S. Holm
Holm（ASR，2018）声称，Scottta（ASR 57，2121-2135，2016）是“不可再现的”，因为我会留下“未记录的”两个参数的值（降秩索引p和正则化项），他声称在幅度平方相干典型相关分析（MSC-CCA）中要求。然而，我的分析并不需要这两个参数。事实上：1）使用MSC-CCA降秩选项既不会改变结果，也不需要，因为Scottta（2016）对相干谱峰的显著性进行了统计评估; 2）分析算法既不包含也不需要正则化项。在这里，我证明了Holm无法复制Scottta（2016），因为他使用了不同的分析算法。事实上，虽然Holm声称使用MSC-CCA，但对于他的图2-4，他使用了标记为“gcs_cca_1D.m”的MatLab代码（参见他的第3节第2段），Holm也对其进行了修改，该代码实现了一种不同的方法，称为使用典型相关分析的广义相干谱（GCS-CCA）。在特定的统计情况下，如复制Samputta（2016）所需的情况下，该代码在本文中被证明是不可靠的。MSC-CCA方法稳定可靠。此外，Holm也无法在他的图5中复制我的结果，因为他使用了基本的Welch MSC算法，错误地将其等同于MSC-CCA。在此，我将逐步阐明如何进行正确的分析，并充分证实我的结果具有95%的显著性。我添加数据和代码以轻松复制我的结果。
2018-05-25 physics.ao-ph physics.geo-ph
On the sixty-year periodicity in climate and astronomical series
在2010年的一篇文章中，作者研究了十年和多年气候振荡是否有天文起源。特别是，作者指出，自1850年以来的几个全球表面温度记录，以及从行星轨道推导出的记录，呈现出非常相似的功率谱。在探测到的频率中，分别约20年和60年的大气候振荡似乎与木星和土星的轨道周期同步。其他研究人员已经注意到，许多气候、地球物理和天文学数据清楚地显示了一个重要的、大约60年的周期。当然，这个周期长度并不完全是60年，在各种气候和天文现象之间会有几年的变化（频带）。本研究的主要目的是进一步研究上述结果，考虑不同的长期时间序列，并使用适当的连续小波分析。特别是，我们特别考虑了60年周期的特点和重要性，以便更好地建立可靠的气候预测模型。
2011-05-19 physics.ao-ph physics.data-an
Committor Functions for Climate Phenomena at the Predictability Margin: The example of El Niño Southern Oscillation in the Jin and Timmerman model
气候系统中的许多现象处于天气和气候之间的灰色地带：它们不适合确定性预测，但它们仍然依赖于初始条件。一个自然的例子是中期预测，这本身就是概率性的，因为它超出了大气的确定性可预测时间，但可以根据系统的当前状态进行统计上重要的预测。同样，人们可能会问提前几个月发生厄尔尼诺事件的概率。在本文中，我们引入了一个量，它正好对应于这种类型的预测问题：提交函数是一个事件发生在给定的时间窗口内的概率，作为初始条件的函数。我们解释了这个概率概念的主要数学性质，并在厄尔尼诺的低维随机模型Jin和Timmerman模型的情况下计算它。在这种情况下，我们表明，预测感兴趣的事件发生的概率的能力可能会有很大的不同，这取决于初始状态。主要结果是内在概率可预测性（当提交者函数是光滑的，并且可以计算不敏感地依赖于初始条件的概率）和内在概率不可预测性（当提交者函数敏感地依赖于初始条件时）之间的新区别。我们还证明了Jin和Timmerman模型可能是具有弱噪声的随机微分方程的第一个例子，其中吸引子之间的转换不遵循Arkenius定律，这是基于大偏差理论和一般假设所期望的。
2022-05-17 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
Correlations of the first and second derivatives of atmospheric CO2 with global surface temperature and the El Nino-Southern Oscillation respectively
要了解当前的全球气候，需要了解地球大气温度和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的趋势，ENSO是热带太平洋温暖海水的一种典型大规模分布，也是逐年气候变化的主要模式（Holbrook等人，2009年）。然而，尽管付出了很多努力，当前气候模式的平均预测在统计上与观测到的21世纪全球地面温度趋势存在显著差异（Fyfe 2013），并且未能反映21世纪年平均全球温度没有上升的统计学显著证据（Fyfe 2013，Kobaly 2013）。模型还提供了对未来厄尔尼诺/南方涛动变率的各种预测，有些显示出增加，有些显示出减少，有些则没有变化（Guiyardi等人，2012年; Bellenger，2013年）。在这里，我们提出的相关性，其中包括当前的时代，并没有这些缺点。相关性如下。首先，它已被证明（郭1990年，王W。等人，2013年），大气CO2水平的变化率（表示为一阶导数）具有时间趋势特征，其在统计上与全球地面温度的变化率显著相似。其次，我们在这里表明，这种变化的速度-大气中二氧化碳水平的二阶导数-统计上显着相关的厄尔尼诺-南方涛动显示的单独签名。第三，我们表明，二阶导数大气CO2导致ENSO，一阶导数CO2和温度。综上所述，上述三点为大气CO2作为全球气候驱动因素的关键作用提供了进一步的证据。这些结果也有助于更准确地预测未来全球气候。
2014-02-25 physics.ao-ph
Detection of Temporal Variability in U.S. Climate Using Harmonic and Wavelet Decomposition
本研究利用傅里叶和小波变换等谐波分解技术分析NOAA nClimDiv数据集（1895-2024），发现美国气候存在1年季节性和2-7年ENSO相关周期性，频率感知模型预测能力更优，应纳入气候应用。
2025-11-09 physics.ao-ph
Propagation of the Madden-Julian oscillation as a deterministic chaotic phenomenon
基于4000成员集合全球云分辨模拟，揭示MJO传播的确定性混沌本质，发现其多状态分岔依赖于海表温度赤道不对称性及热带波相关湿润过程，有助于构建全面MJO模型并预测其传播。
2025-06-29 physics.ao-ph
Stochastic thermodynamics and predictability of Ornstein-Uhlenbeck processes: an application to the Madden-Julian Oscillation
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Colorado（科罗拉多大学）
本文提出OU过程的粗粒化随机热力学框架，应用于MJO，发现可预测性与路径作用相关，且MJO变得更可预测、更不可逆、更活跃。
2026-10-05 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Resolving the Paradox of Changing El Niño-Monsoon Relation through Synchronization of Chaotic Oscillators
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）；Indian Institute of Technology Delhi（印度德里理工学院）；Gauhati University（古瓦哈提大学）
针对厄尔尼诺-季风相关性多年代际变化导致预测不确定性的问题，基于20°C等温线深度构建全球ENSO框架，发现其与印度季风在18个月超前时存在强且稳定的相关性（>0.8），并揭示该关系的平稳性是混沌同步的自然结果。
2026-06-24 physics.ao-ph
Empirical estimation of anthropogenic and natural contributions to surface air temperature trends at different latitudes
气候变率的主要自然模态和以大气中温室气体辐射强迫变化为特征的人为因素在不同时间间隔对北半球和南半球不同纬度的地面气温趋势的定量贡献有多大？这种对趋势的贡献在这里是用最简单的经验模型从观测数据中估计出来的。自19世纪以来，三变量自回归模型拟合的数据，并用于评估的影响，人为强迫与不同的自然气候模式，包括大西洋年代际振荡，厄尔尼诺/南方涛动，年代际太平洋涛动，太平洋年代际涛动，南极涛动。在相对较短的20年或30年的时间间隔内，我们注意到气候变率模态的贡献相当大，与温室气体的贡献相当，甚至超过后者。从目前对极地、中部和热带地区数据的分析来看，在大约半个世纪或更长的时间间隔内，温室气体的贡献在所有纬度都占主导地位。
2021-12-02 physics.ao-ph
Reinforcement of Climate Hiatus by Decadal Modulation of Daily Cloud Cycle
根据观测和气候模式结果，有人认为，最近全球变暖趋势的减缓（气候中断）发生在2000年代初，可能是由于海洋热量吸收增加。在这里，我们提出了一个替代假设，至少部分地，将这种减速与云反射或再发射的未知能量有关。结果表明，日云周期与太平洋年代际振荡（PDO）密切相关，其在气候间断期间的年代际变化具有整体冷却效应。这种影响可能部分地、暂时地抵消了温室效应的趋势。
2018-03-05 physics.ao-ph
Periodic extreme rainfall in a warmer climate due to stronger convectively-coupled waves
Princeton University（普林斯顿大学）；New York University（纽约大学）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本研究发现，在较低温度下，更强的对流耦合波导致热带地区出现周期性极端降雨，且该现象在高碳排放情景下可实现。
2025-11-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Predator and Prey: A Minimum Recipe for the Transition from Steady to Oscillating Precipitation in Hothouse Climates
本研究提出一个包含降水和CIN两个变量的低阶模型，揭示温室气候下降水通过超临界Hopf分岔从准平衡态转变为非线性振荡，并在高CIN*极限下简化为捕食者-猎物动力学，云解析模拟验证了模型预测。
2024-08-21 math.DS physics.ao-ph
Climate network and complexity based El Niño forecast for 2022
厄尔尼诺南方涛动（ENSO）是全球气候年际变化的最重要驱动因素，可在全球各地引发极端天气事件和灾害。最近，我们制定了两种办法来及早预报厄尔尼诺现象。基于气候网络的方法可以提前一年预测厄尔尼诺事件的发生。基于复杂性的方法还可以预测前一日历年即将发生的厄尔尼诺现象的规模。在这里，我们传达了这两种方法对2022年的预测。
2022-03-30 physics.ao-ph
Predictability of climate anomalies in the regions of Northern Eurasia in the spring-summer months in 2024 in connection with El Nino
本文研究2024年厄尔尼诺向拉尼娜转变背景下北亚地区春夏气候异常的可预测性，重点分析欧洲俄罗斯高温干旱风险，并比较不同厄尔尼诺指数及大气阻塞和太平洋年代际振荡的影响。
2024-03-30 physics.ao-ph
Global teleconnectivity structures of the El Niño-Southern Oscillation and large volcanic eruptions -- An evolving network perspective
最近的工作提供了充分的证据，表明在多星期和几年之间的时间尺度上的全球气候动态会受到内部（气候）和外部（非气候）扰动的偶发性的严重影响。在这里，我们的目标是提高我们的理解，如何区域到本地中断的“正常”状态的全球表面空气温度场影响相应的全球遥相关性结构。具体而言，我们提出了一种方法来量化遥相关性的基础上的功能气候网络分析的不同特点。随后，我们应用这一框架来研究厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的不同阶段，以及自20世纪中叶以来的三个最大的火山爆发的影响占主导地位的时空协同变化模式的日常地面气温。我们的研究结果证实了ENSO的全球效应的存在，导致全球温度场的层次组织的阶段性崩溃。这与强遥相关的出现有关。在更大的区域范围内，在大规模火山爆发后也发现了类似的影响。两者合计，由此产生的网络连接的时间依赖性模式允许跟踪两种类型的气候破坏的主导影响的空间范围。我们讨论这些意见和一般方面的大气环流之间可能的联系。
2017-11-10 physics.ao-ph physics.data-an
Hamiltonian distributed chaos in the north-south dipole and quadrupole teleconnections
结果表明，在北半球，北大西洋（NAO）、东太平洋（EPO）、西太平洋（WPO）偶极振荡和太平洋/北美四极型（PNA）等南北遥相关在日尺度和季内尺度上都是由Hamilton分布的混沌控制的。简要讨论了偶极振荡和四极振荡混沌特性的差异及其与地面气温的关系。在这种情况下，PNA四极模式的北极涛动和格陵兰阻塞现象的混沌光谱亲和力已被认为是在这方面。
2018-08-06 physics.ao-ph
Spatial Analysis of Seasonal Precipitation over Iran: Co-Variation with Climate Indices
降水量的暂时变化可能导致世界不同地区的持续和严重干旱或大规模洪水。了解降水量的变化规律可以有效地帮助水资源决策者进行水资源管理。大规模环流驱动因素对世界不同地区的降水有相当大的影响。在这项研究中，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO），太平洋年代际涛动（PDO）和北大西洋涛动（NAO）对伊朗的季节性降水的影响进行了调查。为此目的，利用了103个具有至少30年数据的天气观测站。计算前12个月各指标与季节降水量的Spearman相关系数，提取有意义的相关关系。然后确定这些指数中的每一个与季节降水量相关性最高的月份。最后，计算了由于这些指数中的每一个而增加或减少的季节性降水的总量。结果表明，南方涛动指数（SOI）、NAO和PDO对季节降水的影响最大。同时，这些指标对冬、秋、春、夏四季降水量的影响最大。与PDO和NAO相比，SOI对冬季降水的影响不同，而在其他季节，各指数对季节降水有其特殊影响。一般来说，不同阶段的所有指标都可能使季节降水量减少100%。但是，由于这些指标的影响，不同季节的季节降水量可能增加100%以上。研究成果可有效地应用于水资源管理，特别是大坝运行管理。
2020-01-15 astro-ph.EP physics.ao-ph
