Power law correlations in the Southern Oscillation Index fluctuations characterizing El Nino
南方涛动指数（SOI）是厄尔尼诺现象的一个特征。分析了1866-2000年SOI月平均数据。研究了SOI信号波动累积分布的尾部，以表征波动的幅度标度和极端事件的发生。大的波动比高斯分布预测的更有可能发生。应用能谱和去趋势涨落分析（DFA）统计方法研究了涨落的时间标度性。自仿射特性被发现是相关的SOI信号，因此建议幂律相关的波动的信号。反持续型的相关性存在的时间间隔从约4个月到约6年。这导致有利于特定的物理模型的厄尔尼诺现象的描述。
2001-03-17 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Effect of Heterogeneity in Models of El-Niño Southern Oscillations
厄尔尼诺效应模型中出现的振荡具有极大的相关性。本文研究了一个耦合的非线性时滞微分系统对厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）现象的模拟。特别是，我们研究的时间模式的海表温度异常的两个子区域。对于相同的子区域，我们通常观察到的振幅和振荡器的死亡行为的共存低延迟，和异质振荡的高延迟，当区域间的耦合是弱的。对于中等的区域间耦合强度，得到均匀振荡足够大的延迟和振幅死亡的小延迟。当区域间耦合强度大时，振荡被完全抑制，这意味着强耦合子区域不表现出ENSO样振荡。此外，我们观察到，较大的自延迟耦合的强度有利于振荡，而振荡消失时，延迟耦合弱。这再次表明，延迟反馈，结合海洋波过境的影响，是振荡行为的主要原因。因此，在封闭边界的海盆中传播的被困海浪的作用对ENSO的出现至关重要。此外，我们展示了延迟的不均匀性，以及子区域的自延迟耦合强度的差异如何影响振荡的上升。有趣的是，我们发现，较大的延迟和自延迟耦合强度导致振荡，而强区域间耦合杀死振荡行为。因此，我们发现，耦合子区域有一个非常显着的影响，振荡的出现，和强耦合通常抑制振荡，而弱耦合的不相同的子区域可以诱导振荡，从而有利于ENSO。
2017-05-23 physics.ao-ph
Contributions of El Niño Southern Oscillation (ENSO) Diversity to Low-Frequency Changes in ENSO Variance
University of Tübingen（蒂宾根大学）；Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences（合作环境科学研究所）；University of Colorado（科罗拉多大学）；NOAA/Physical Sciences Laboratory（美国国家海洋和大气管理局物理科学实验室）
本研究针对不同ENSO类型对其方差年代际变化的贡献不明确的问题，提出逐月海表温度距平模糊聚类法划分ENSO类别，发现70年代中期ENSO方差变化与强拉尼娜、极端厄尔尼诺概率上升相关。
2024-05-14 cs.LG physics.ao-ph
A Stochastic-Thermodynamic Constraint on the Seasonal Phase Locking of the El Niño-Southern Oscillation
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology（日本海洋地球科学技术厅）；Ochanomizu University（御茶水女子大学）
通过线性随机充放电振子模型，利用热力学不确定关系量化熵产生率对SST异常方差季节变化的约束，解释ENSO冬季锁相机制。
2026-06-19 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
Modelling the coupling between ocean and atmosphere; the global signature of the El Niño/La Niña Southern Oscillation
卫星和地面观测被用来探索被称为厄尔尼诺/拉尼娜南方涛动（ENSO）现象的海洋-大气复合联系，该现象与极端天气事件密切相关（如热浪、龙卷风、洪水和干旱）、流行病的发生率（例如疟疾）、严重的珊瑚白化等。ENSO时间演变取决于耦合的海洋/大气系统之间的能量交换。它的周期平均约为四年，但有相当大的调制它从几个来源，这是尚未完全理解。本文的目的是提供一个更好的洞察全球签名的ENSO演变考虑连续的自然相互作用发生在海洋和大气之间，和人为的影响。所获得的结果可用于阐明海洋-大气相互作用的更精确的高级模型的发展，从而改进气候变化预测。
2017-08-21 nlin.CD physics.ao-ph
El Nino Southern Oscillation and Atlantic Multidecadal Oscillation Impact on Hurricanes North Atlantic Basin
本研究利用1950-2023年观测数据及相关气候指数，分析ENSO、AMO和海表温度对北大西洋盆地热带气旋强度与频率的影响，发现海温升高对应气旋更强、暖相位AMO对应频率更高等关联，为提升热带气旋季节预报提供依据。
2024-10-05 cs.LG physics.ao-ph
Very early warning signal for El Niño in 2020 with a 4 in 5 likelihood
厄尔尼诺南方涛动（ENSO）是气候多变性的最重要驱动因素，可在全球各地引发极端天气事件和灾害。最近，我们开发了一种网络方法，可以提前一年预测厄尔尼诺事件。自2012年以来，这种不涉及任何拟合参数的网络方法正确预测了2012年，2013年和2017年的厄尔尼诺事件以及2014年开始并于2016年结束的大型厄尔尼诺事件的发生。我们的模型还正确地预测了2018年最后一次厄尔尼诺事件的发生。2019年9月，该模型显示厄尔尼诺在2020年回归的概率为80%。
2020-02-18 physics.ao-ph
On the Warming of the Southern Hemisphere since 1955 and Recent Slowing-Down: Role of Sea Ice, Sun Spot and El Nino Variability
极地海冰退缩对全球变暖的重要性以及冰-冰反馈的作用得到了许多作者的认可[1，2]。与最近对北极现象的研究类似[3]，我们对南半球（SH）的机制进行了半定量估计。使用一个简单的模型，我们估计的贡献，冰-冰反馈的平均温度增加在SH为0.5 +/- 0.1 K在1955年至2015年，而从温室气体（GHG）的同时增长，我们得出一个直接变暖只有0.2 +/- 0.05 K在同一时期。这些数字与自1955年以来（相对于1880年）报告的2015年SH平均温度上升0.75 +/- 0.1 K非常一致。我们的数据也证实了以前注意到的太阳强度和厄尔尼诺观测的年度波动之间的相关性，一方面和SH地面温度的年度变化的另一方面。我们的计算表明，在过去几年中，气温上升的速度可能会持续减缓。假设目前南部海冰和温室气体浓度的趋势继续下去，我们预测2015年至2025年的气温进一步上升将比前一个十年下降33%。
2018-07-16 physics.ao-ph physics.geo-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
On the El-Nino Teleconnection to Spring Precipitation in Europe
在对一个多世纪的数据进行统计分析后，我们发现，从英格兰南部向东进入亚洲的一个波段中，强烈的温暖厄尔尼诺冬季事件与春季降水量高之间存在着密切的联系。这种联系是Kiladis和Diaz（1989）所提到的联系的延伸，并且比其他研究的冬季遥相关要强得多。DJF NINO_3指数与MAM降水量的线性相关系数在个别测站均大于r=0.3，而在50 N附近5 W ~ 35 E的降水异常指数则高达r=0.49。滞后相关表明，东南亚地面温度异常可能充当中间变量。
1998-12-21 physics.ao-ph
POD-Galerkin Reduced Order Modeling of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO)
针对厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）模型，提出基于POD-Galerkin的降阶建模方法，仅用4个POD模态实现超95%的模拟精度与稳定性，为高效气候模拟提供支持。
2025-04-16 math.AP math.DS physics.ao-ph
Current-Generating Mechanism for El Niño & La Niña, an Data Evidence from Integrated ESMD Method
与强调赤道东西反馈的经典理论不同，采用极值点对称模态分解（ESMD）方法对数据分析，支持了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）周期是水平相关的而不是垂直相关的新观点。海流变化与海表温度异常之间的一致性导致了厄尔尼诺和拉尼娜事件的海流生成机制。相应的新发现是：（1）中、东太平洋正异常的主要原因分别是中赤道逆流（CECC）的出现和北赤道逆流（NECC）的增强。(2)除CECC的贡献外，中、东太平洋型厄尔尼诺事件的启动主要是由中美洲高温海区的暖水向南输送和NECC东部低速间隙的暖水向南输送造成的。(3)南赤道洋流的北支和南支分别对东太平洋和中太平洋负异常有贡献。特别是后者，从东南向赤道太平洋中部直接输送冷水，这意味着ENSO不对称问题的破解。
2019-11-25 physics.ao-ph
High frequency intrinsic modes in El Niño Southern Oscillation Index
分析了南方涛动指数的最新$daily$资料。功率谱指示主要的内在地球物理短周期。我们在24、27、37、76、100和365天发现了有趣的“高频”振荡。特别是24天的峰值可能对应于Branstator-Kushnir波，27天的峰值可能是由于月亮效应旋转，37天的峰值最有可能与Madden和Julian振荡有关。目前还不清楚76天的解释，这可能与热带大气的季节间振荡有关; 100天可能是由于37和27周期之间的一个节拍，或76和365天。接下来，这些周期被用来重建信号，并在撰写本文时产生未来9个月的预测。清洗后，这些周期性的信号进行去趋势波动分析，以揭示在信号中的随机结构的性质，以及是否可以找到特定的相关性。我们研究的第一个返回时间的分布的演变，特别是$extreme$ $events$之间。发现与不相关事件的预期分布有显著差异。
2008-05-22 physics.ao-ph physics.data-an
A Hybrid Deep-Learning Model for El Niño Southern Oscillation in the Low-Data Regime
University of Tübingen（图宾根大学）；European Centre for Medium Range Weather Forecasts（欧洲中期天气预报中心）；NOAA Physical Sciences Laboratory（国家海洋大气管理局物理科学实验室）；Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences（环境科学联合研究所）；University of Colorado（科罗拉多大学）；Data Science Department（数据科学系）
针对低数据场景下ENSO预测中深度学习引入气候模型偏差而LIM无法捕捉非线性过程的问题，提出结合LIM与深度学习非马尔可夫修正的Hybrid模型，在O(100 yr)数据集上超越两者，尤其提升西热带太平洋超9个月提前期的事件预测技巧。
2025-04-27 cs.LG physics.ao-ph
Very early warning of a moderate-to-strong El Niño in 2023
厄尔尼诺南方涛动（ENSO）是全球气候逐年变化的最大驱动力，可导致世界各地极端天气状况和灾害。在这里，我们回顾了我们最近开发的两种不同的厄尔尼诺早期预测方法：基于气候网络的方法可以预测大约1年前厄尔尼诺事件的发生，而基于复杂性的方法还可以估计前一年即将发生的厄尔尼诺事件的大小。对于2023年，这两种方法都预测厄尔尼诺事件的发生，综合发生概率约为89%。基于复杂性的方法预测一个中等到强烈的厄尔尼诺现象，其幅度为$1.49\pm0.37$ °C。由于厄尔尼诺事件暂时增加了全球温度，我们预计即将到来的厄尔尼诺将使全球温度增加约+0.2°C，可能使2024年成为自仪器观测开始以来最热的一年。由于厄尔尼诺现象的影响，+1.5°C的目标（与工业化前水平相比）可能在2024年暂时被突破。
2023-01-25 physics.ao-ph
Convolutional GRU Network for Seasonal Prediction of the El Niño-Southern Oscillation
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
提出一种改进的卷积门控循环单元（ConvGRU）网络，利用编码器-解码器结构预测ENSO区域海表温度，显著提升Niño 3.4指数预测性能，优于现有统计和循环神经网络方法。
2023-06-18 cs.LG physics.ao-ph physics.data-an
Long-term prediction of El Niño-Southern Oscillation using reservoir computing with data-driven realtime filter
Faculty of Sustainable Design, University of Toyama（富山大学可持续设计学部）；The Graduate School of Environment, Life, Natural Science and Technology, Okayama University（冈山大学环境、生命、自然科学及技术研究生院）；Graduate School of Business Administration, Hitotsubashi University（立正大学商学院）；Graduate School of Economics, Hitotsubashi University（立正大学经济学研究生院）
本研究提出一种仅依赖过去数据的新型带通滤波器，结合储层计算，实现对厄尔尼诺-南方涛动长达24个月的长期预测，提升机器学习模型的预测时效。
2025-05-23 cs.LG physics.ao-ph physics.comp-ph
Reconsidering the relationship of the El Niño--Southern Oscillation and the Indian monsoon using ensembles in Earth system models
我们研究厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度夏季风的集合模拟国家的最先进的气候模式，马克斯普朗克研究所地球系统模型（MPI-ESM）和社区地球系统模型（CESM）之间的关系。我们考虑两个简单的变量：塔希提岛-达尔文海平面气压差和北印度降水。我们利用集合收敛到系统的快照吸引子分析可能的变化（i）在遥相关的两个变量的波动之间，（ii）在他们的气候手段。(i)非常高的信心，我们检测到的遥相关强度的增加，作为对强迫的响应，在MPI-ESM下的历史强迫在1890年和2005年之间，集中到这一时期的结束。我们解释说，我们的发现并不矛盾的仪器观测，因为他们现有的分析遥相关的非平稳性要么方法不可靠，或考虑一个不明确的遥相关概念。在MPI-ESM中，我们不能在代表性浓度路径8.5（RCP8.5）下拒绝2006年至2099年之间的平稳性，以及在110年的1%纯CO2情景中;我们也不能在1960年至2100年的CESM中使用历史强迫和RCP8.5。(ii)在后者合奏，气候平均强烈位移的相空间投影跨越的两个变量。然而，这种位移是线性的。然而，斜率表现出很强的季节性，伪造一个普遍的假设，这两个气候手段之间的紧急关系，排除适用性紧急约束。
2018-09-20 physics.ao-ph physics.geo-ph
Complexity based approach for El Nino magnitude forecasting before the "spring predictability barrier"
厄尔尼诺南方涛动（ENSO）是最显著的年际气候现象之一。早期和可靠的ENSO预测仍然是一个重要的目标，因为它对经济，社会和生态系统的严重影响。尽管近几十年来发展了各种动力学和统计预测模型，但“春季可预测性障碍”（SPB）仍然是长期（超过6个月）提前期预测的一个巨大挑战。为了克服这一障碍，在这里，我们开发了一个分析工具，系统样本熵（SysSampEn），来衡量的复杂性（无序）的系统组成的温度异常时间序列在Nino 3.4区域。当应用此工具到几个近地面气温和海表温度数据集，我们发现，在所有的数据集之间存在着很强的正相关性厄尔尼诺和前一个日历年的SysSampEn（复杂性）的大小。我们表明，这种相关性允许预测厄尔尼诺的大小，预测范围为1年，准确度高（即，单个数据集预测平均值的均方根误差$=0.23^\circ C$）。对于正在进行的2018年厄尔尼诺事件，我们的方法预测了一个弱厄尔尼诺，震级为$1.11\pm 0.23^\circ C$。这里提出的框架不仅有利于长期预测的厄尔尼诺幅度，但也可以潜在地被用来作为衡量其他自然或工程复杂系统的复杂性。
2019-09-09 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
Improved simulation of El Niño and its influence on the climate anomalies of the East Asia-western North Pacific in the ICM Version 2
本文介绍了综合气候模式（ICM）的第二个版本。ICM是中国科学院大气物理学研究所季风系统研究中心为改进东亚-西北太平洋短期气候预测而开发的。第二版ICM（ICM.V2）相对于第一版ICM（ICM.V1）的主要更新是大气模式的水平分辨率从T31光谱分辨率（3.75°*3.75°）提高到T63（1.875°*1.875°）。结果表明，从ICM.V1到ICM.V2，EA-WNP短期气候预测的一些重要因子，包括气候学SST、东亚夏季风的降水和环流、ENSO的变率和空间分布，都有明显的改善。ICM.V2模拟的厄尔尼诺对东亚-西北太平洋气候的影响也得到了改善，东亚-西北太平洋上空的反气旋异常和降水模式更加真实。热带印度洋电容效应和西北太平洋局地海气相互作用反馈机制是解释厄尔尼诺对东亚-西北太平洋气候影响的两种常用机制，ICM.V2也较ICM.V1真实地再现了这两种机制，并有较大改进。
2020-12-10 physics.ao-ph
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
Climate network and complexity approach predict neutral ENSO event for 2025
本研究应用气候网络和复杂性方法预测2025年ENSO状态，发现2025年极大概率无厄尔尼诺，结合ONI逻辑回归预测2025/26年有69.6%概率为中性ENSO事件，全球均温或较2024年下降。
2025-01-19 physics.ao-ph
Intrinsic unpredictability of strong El Niño events
厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是赤道太平洋海气耦合的一种年际变化模态。厄尔尼诺现象描述了一种状态，即东太平洋的海面温度上升，而较冷的深水上升流减少。厄尔尼诺事件通常在北方冬季达到峰值，但其强度在十年时间尺度上变化不规则。1982-83年，1997-98年和2015-16年发生了异常强烈的厄尔尼诺事件，影响了全球范围的天气。2014年广泛宣传的预测预测2015-16年的事件将提前一年发生。预测厄尔尼诺的强度是一个实际问题，因为它对世界各地的水文气候和农业产生影响。本文提出了一个新的强大的机制，限制强厄尔尼诺-南方涛动事件的可预测性：存在一个不规则的切换之间的振荡状态，有强厄尔尼诺事件和混沌状态，缺乏强事件，这可能是由非常弱的季节强迫或噪音。
2016-07-09 nlin.CD physics.ao-ph physics.geo-ph
Low latency global carbon budget reveals a continuous decline of the land carbon sink during the 2023/24 El Nino event
本文通过低延迟全球碳收支更新揭示2023/24年厄尔尼诺期间陆地碳汇持续下降，热带地区（尤其亚马逊）CO2损失显著，导致自1979年以来创纪录的CO2增长率。
2025-04-12 physics.ao-ph
Comment on "Influence of the Southern Oscillation on tropospheric temperature" by J. D. McLean, C. R. de Freitas, and R. M. Carter
我们证明了厄尔尼诺南方涛动（ENSO）和全球温度变化之间的替代相关性，McLean等人。[2009]。我们发现50%的RATPAC-A对流层温度的变化（和54%的HadCRUT 3）解释了一个新的累积南方涛动指数（cSOI）在一个简单的线性回归。我们回顾了物理和统计研究的证据，以支持ENSO效应的积累可以产生自然的数十年变暖趋势的假设。虽然由于共线性的原因，不可能从多元回归模型中可靠地确定人为强迫和SOI积累的相对贡献，但这些分析表明，$4.8\pm1.5%$和高达$9\pm2%$的累积比cSOI/SOI足以使ENSO在1960年以来的全球平均温度趋势中发挥很大作用。
2009-08-13 physics.ao-ph
Distinguishing the effects of internal and forced atmospheric variability in climate networks
众所周知，地球气候是一个高度复杂的动力系统。在过去的几十年里，人们一直致力于了解一个地理区域的气候现象如何影响其他区域的气候。复杂网络是识别气候相互依存关系的有力框架。为了进一步利用经由网络分析发现的链接的知识（例如，预测的改进），需要对这些联系背后的物理机制有很好的理解。在这里，我们专注于理解大气变率的作用，并构建代表内部和强迫变率的气候网络。在这些网络的连通性，我们评估的两个主要指标，NINO3.4和北大西洋涛动（NAO）的影响，通过计算这些指标线性删除的时间序列的网络。我们发现强迫变率网络的连通性受到“厄尔尼诺”的严重影响：去除NINO3.4指数会导致连通性的普遍丧失;甚至远离赤道太平洋的地区之间的遥相关也会丧失，这表明这些地区不是直接联系的，而是通过“厄尔尼诺”间接相互联系的，特别是在年际时间尺度上。相反，在内部变率网络（独立于海表温度强迫），我们发现，链接显着影响NAO年内时间尺度的最大值。虽然最强的非本地的联系是那些被迫由海洋，我们表明，也有很强的遥相关，由于内部大气的变化。
2013-11-13 nlin.CD physics.ao-ph
The role of atmospheric greenhouse gases, orbital parameters, and southern ocean gateways: an idealized model study
一组理想化的实验进行分析大气中二氧化碳浓度下降，海洋门户的开放，和不同的轨道参数的竞争效应。这些影响全球平均气候状态的强迫机制可能在触发过去的气候转变方面发挥了作用（例如在始新世-渐新世气候转变和南极冰盖的形成期间）。利用一个海气耦合环流模式对这三种强迫及其对全球气候的作用进行了敏感性模拟。模拟是在理想条件下进行的，以集中于要点。这三种强迫的结合引发了类似于南极冰川作用开始的气候转变。特别是南方高纬度地区气温下降，积雪不断堆积。此外，每个可能的强迫的相对重要性进行了探讨。所有这三种机制（大气中二氧化碳的减少、海洋门户的打开和轨道参数的改变）都使南极大陆的气候变冷。由轨道参数引起的变化强烈地依赖于结晶度变化的大小。
2016-02-03 physics.ao-ph
Long-lead forecasts of wintertime air stagnation index in southern China using oceanic memory effects
Hong Kong Baptist University（香港浸会大学）
本研究发现秋季Niño指数与中国南方冬季ASI呈负相关，并开发了基于LSTM的模型利用多变量输入实现ASI长期预报，相关系数达0.778，为空气质量管理提供支持。
2023-05-16 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
The joint influence of topography and atmosphere on the meridional transport fluctuations in the Southern Ocean and its link with the ENSO events
本文研究了地形和海岸线对由风和气压驱动的深度平均南极绕极流（ACC）动力学的影响。这是实现与全球正压环流模式的帮助下，理想化和真实的大气条件。结果表明，由于ACC上空大气条件引起的纬向质量通量的变化可以在47S附近的南大洋北部引起短周期的密度异常，这种异常可以通过Ivchenko等人2004年描述的波动机制转移到低纬度，这可能对快速的热带外海洋联系具有重要意义。正压模拟的结果表明，ACC上风强度的变化，加上海底地形和海岸线的影响，在南大洋引起一些纬向流的变化，太平洋的纬向通量变率与ACC上空的风强度有密切的关系。讨论了太平洋区纬向通量的长期变化和厄尔尼诺-南方涛动事件（南方涛动）。
2007-02-20 physics.ao-ph
The Effects of El Niño on the Global Weather and Climate
本文研究了水圈的混沌行为及其对全球天气气候的影响。我们给出了海表温度（SST）是不可预测的全球海洋的数学参数。在全球气候模式中，SST变率对全球气候的影响是明显的，这种模式涉及类似于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的大尺度海洋-大气波动。敏感性（不可预测性）是混沌的核心成分。一些研究表明ENSO可能是混沌的。正是瓦利斯[1]通过将他的模型简化为洛伦兹方程，揭示了ENSO的不可预测性。ENSO和其他全球气候模式的相互作用可能传播混沌。我们讨论了不可预测性作为一个全球性的现象，通过扩展的混沌“水平”和“垂直”在耦合的瓦利斯ENSO模型，洛伦兹系统，平流方程，通过使用理论和数值分析。为了进行理论研究，我们应用我们最近的结果复制的混沌和不可预测的微分方程的解决方案，而数值分析，我们结合结果不可预测的解决方案与数值分析的混沌对流方程。
2018-01-03 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
Three-dimensional slow Rossby waves in rotating spherical density stratified convection
本文发展了旋转球形密度分层对流中的三维Rossby慢波理论。Rossby波的频率远小于旋转频率，由基于发展的对流的平衡的非轴对称不稳定性激发。这些波与惯性波和密度分层对流相互作用。对于极低马赫数的流动，采用滞弹性近似来考虑密度分层。我们研究长期行星Rossby波的周期大于两年。我们认为，这些波与南方涛动和厄尔尼诺有关。厄尔尼诺现象是热带太平洋上的风和海面温度的不规则周期性变化，而南方涛动是热带东太平洋和西太平洋之间的表面气压的振荡。南方涛动指数（Southern Oscillation Index，SOI）是南方涛动的一个指数。发展的理论适用于解释的观察周期的SOI。这项研究表明，理论预测和观察之间的良好协议。
2017-07-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
A Summer Meridional Subsurface Temperature Dipole Mode in the South China Sea
该研究利用高分辨率再分析资料发现南海存在夏季次表层温度偶极子模态，其由风应力旋度异常驱动的垂直热输运和浅层经向翻转环流共同控制，影响上层海洋热含量年际变率。
2025-08-05 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
Measurements of the Atmospheric Electric Field through a Triangular Array and the Long-range Saharan Dust Electrification in Southern Portugal
大气电场（AEF）的测量进行了三个不同的网站，形成一个三角形阵列在葡萄牙南部。该活动是在撒哈拉沙尘暴爆发的夏季进行的;这里考虑的是2014年7月16日至17日的沙漠沙尘事件。尘埃长距离带电的证据归因于气地电流在尘埃层内部产生正空间电荷。在尘埃事件发生当天，观测到AEF增加约23 V/m，对应于约20-2 pCm-3的空间电荷（电荷层厚度约10-100 m）。在沙尘事件之后，观察到AEF减少。
2016-08-08 physics.ao-ph physics.geo-ph
Statistics of stochastic entropy for recorded transitions between ENSO states
本研究基于随机统计物理框架分析ENSO相位转换，评估指数路径的熵变并验证积分涨落关系，发现除1999-2000年拉尼娜至2002-2003年厄尔尼诺的转换外均非极端熵事件，为统计物理在气候动力学中的应用开辟了新道路。
2025-07-14 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.data-an
Comments on the Regional Climate Variability Driven by Foehn Winds in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica
主要反对Speirs，McGowan，Steinhoff和Bromwich [Int. J. Climatol.三十三：945-958]的工作是由于缺乏对导致风形成的基本过程的概率分布函数的分析，而风的速度是由自动气象站测量的，并在论文中报告。在数学上，计算平均值的相关系数（皮尔逊积差相关系数）的严格定义并不存在。因此，表II中给出的作者数字代表了一组随机计算的数字。作者认为其中一些随机数在95%水平上具有统计学显著性，这是错误的，因为平均值的相关系数与统计学显著性之间不存在关系。因此，Speirs等人关于厄尔尼诺南方涛动（ENSO）和南方环形模态显著影响麦克默多干谷焚风频率的主要结论完全没有根据。
2013-09-03 physics.ao-ph
Sloshing Model for ENSO
厄尔尼诺南方涛动（ENSO）行为可以有效地模拟为对具有周期系数的二阶Mathieu/Hill微分方程的响应，该微分方程描述了一定体积的水的晃动。方程的强迫来自QBO、与Chandler摆动同步的角动量变化和太阳辐射变化。1980年确定了一次政权更迭。(See浮动票据）
2020-08-28 physics.ao-ph physics.geo-ph
A Deep Learning Model for Forecasting Global Monthly Mean Sea Surface Temperature Anomalies
CSIRO Data61（澳大利亚联邦科学与工业研究组织Data61）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Defence Science and Technology Group, Department of Defence（国防部国防科学与技术集团）；CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）
海表温度（SST）变率在全球天气和气候系统中起着关键作用，厄尔尼诺-南方涛动等现象被认为是全球尺度年际气候变率的主要来源。能够对海面温度异常，特别是与极端海洋热浪事件有关的海面温度异常进行长期预报，具有潜在的重大经济和社会效益。我们基于70多年（1950-2021）ECMWF ERA 5月平均平均海面水温和2米气温数据开发了一个深度学习时间序列预测模型（Unet-LSTM）。Unet-LSTM模型能够学习驱动二维全球海面温度时间演变的基础物理学。该模型准确地预测海面温度超过24个月的时间内，均方根误差保持在0.75 $^\circ$ C以下的所有预测的月份。我们还研究了该模型预测Niño3.4区域海表温度异常的能力，以及过去十年中的一些海洋热浪热点。对Niño3.4指数的模型预测使我们能够提前24个月捕捉到2010-11年强烈的拉尼娜现象，2009-10年厄尔尼诺现象和2015-16年极端厄尔尼诺现象。它还显示了对东北太平洋海洋热浪Blob的长期预测技能。然而，对东南部印度洋的海洋热浪--宁格鲁厄尔尼诺现象--的预测显示出有限的技能。这些结果表明，显着的潜力，数据驱动的方法，以产生长期的海表温度异常的预测。
2022-02-21 cs.LG 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
Discrepancies in Southern Hemisphere Mid-latitude Atmospheric Variability of the NCEP-NCAR and ECMWF Reanalyses
在这项研究中，我们比较的代表性南半球中纬度冬季变率的NCEP-NCAR和ERA 40再分析。我们使用经典的Hayashi光谱技术，最近应用到比较不同的光谱子域上的北半球的大气变率的描述。我们检验了两个再分析系统在大气活动性表征上的一致性。在南半球，即使在卫星期间，同化的数据也相对较少，主要是在海洋上空，它们对模式动力学的约束较弱。我们发现在不同的空间和时间尺度的变异性的描述相关的差异。ERA 40通常以较大的方差为特征，特别是在高频频谱区域。在卫星观测前，两次再分析结果之间的差异较大，且是随机分布的，而在1979年以后，两次再分析结果之间的差异是系统性的。此外，在VTPR期间（1973-1978年）观察到一个突然的跳跃，主要是在ERA 40再分析。我们的研究结果表明，今天，我们没有一个明确的图片的冬季中纬度变率在南半球的属性，用于评估的现实主义的气候模式和需求的相互比较研究的IPCC模型的自我一致性的评估在分析的属性的代表。
2006-04-12 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
ACE2-NEMO: Coupling an ML atmospheric emulator to a full-depth dynamical ocean model
University of Oxford（牛津大学）；European Centre for Medium-Range Weather Forecasts（欧洲中期天气预报中心）；Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）
通过将ACE2机器学习大气模拟器与NEMO海洋模型耦合，进行70年耦合模拟，评估了混合建模框架在热带低频变率和气候对温室气体强迫响应方面的表现，发现热带太平洋海气耦合在快时间尺度上逼真但低频变率不真实，且CO2强迫响应因短波辐射偏差而偏离。
2026-10-21 physics.ao-ph
Global Climate network evolves with North Atlantic Oscillation phases: Coupling to Southern Pacific Ocean
我们使用1948-2010年的再分析数据，从全球不同地理位置的表层大气温度的气候记录构建了一个网络。我们发现，网络与北大西洋涛动（NAO），无论是在本地北大西洋，并通过耦合到南太平洋。这些区域之间存在着远程连接，而且随着时间的推移保持稳定，这使我们能够对这一现象提出一个可能的物理解释。
2013-09-07 physics.ao-ph physics.geo-ph
On the Impact of ENSO Cycles and Climate Change on Telescope Sites in Northern Chile
本文分析ESO智利北部台站的气温、水汽密度与视宁度，发现近十年升温显著，并揭示ENSO阶段对干燥度及近红外观测条件的影响，可用于优化长期观测调度。
2023-09-26 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.ao-ph
A Stochastic Conceptual Model for the Coupled ENSO and MJO
University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究ENSO与MJO耦合，开发随机概念模型，采用三箱表示海洋、低阶傅里叶描述大气，纳入年代际过程，引入状态依赖噪声，成功再现相关统计及相互作用。
2026-07-24 math.DS physics.ao-ph
Global to local impacts on atmospheric CO2 caused by COVID-19 lockdown
于二零二零年，为应对COVID-19疫情而进行的全球封城导致经济放缓及化石燃料二氧化碳排放大幅减少，但尚不清楚此举将使大气二氧化碳浓度减少多少，以及能否观察到。我们估计，4个月内排放量减少7.9%将导致北半球CO2减少0.25 ppm，这一增量在当前CO2分析仪的能力范围内，但比由天气和生物圈（如厄尔尼诺）引起的自然CO2变化小几倍。我们使用最先进的大气传输模型来模拟CO2，由新的每日化石燃料排放数据集和每小时的生物圈通量驱动，这些通量来自碳循环模型，并受观测到的气候变化的影响。我们的研究结果显示，相对于10年气候学，2020年2月至4月期间50 S-50 N平均大气柱CO2异常减少0.13 ppm。碳卫星GOSAT 3观测到类似的减少。使用模型敏感性实验，我们进一步发现COVID、生物圈和天气分别贡献了54%、23%和23%。这一看似微小的变化是过去10年来最大的次年度异常。对全球地面站的测量结果进行了分析。在城市范围内，在北京测得的道路CO2增加量显示减少了20-30 ppm，与封锁期间交通量大幅减少一致。我们目前的碳监测系统在过去两个世纪化石燃料二氧化碳积累的背景下检测微小且短暂的COVID信号的能力令人鼓舞。COVID-19大流行是一个意外的实验，其影响表明，要将大气中的二氧化碳保持在气候安全水平，将需要类似规模的持续努力，并提高我们监测系统的准确性和扩大时空覆盖范围。
2020-10-25 physics.ao-ph
CAMulator: Fast Emulation of the Community Atmosphere Model
CAMulator是一个基于自回归机器学习的CAM6仿真模拟器，在显式守恒大气质量、水分和能量的同时保持数值稳定，成功再现CAM6气候态与关键变率模态，并以350倍加速实现高效大型集合模拟。
2025-04-08 physics.ao-ph
The modeling of the ENSO events with the help of a simple model
南方涛动（ENSO）的模拟与一个简单的模型的帮助下，代表一个经典的阻尼振荡器被迫由外部强迫。东太平洋海温和赤道太平洋平均温跃层深度对应于动量和位置的作用。该系统的外部强迫是由南大洋太平洋部分的短周期纬向质量波动提供的，这是由于南极绕极流（ACC）、海底地形和海岸线的大气变率以及热带西风变率的共同作用。在这种条件下，ENSO样振荡出现的信号传播的结果，由于初始信号出现在南大洋和热带西风异常，然后传播通过快波过程的赤道太平洋。外力是形成振荡模式的主要因素。
2007-02-20 physics.ao-ph
New Perspectives on Frontal Variability in the Southern Ocean Using a Local Identification Scheme
南大洋的锋面结构进行了调查，使用先进的锋面探测方法，小波/高阶统计增强（WHOSE）的方法，在\cite{Chapman2014}介绍。这种方法适用于21年的每日网格化的海面高度（SSH）的数据，以获得每日地图的前线的位置。通过形成“热图”的锋面发生频率，然后近似这些热图的叠加简单的功能，时间平均位置的前，以及衡量他们的能力，曲折，获得和相关的锋面位置发现以前的研究。锋面结构的空间和时间的变化，然后考虑。在整个南大洋，锋面的数量变化很大，在大的水深特征下游增加（“分裂”），在锋面受底层地形严格控制的区域减少（“合并”）。相反，锋面曲流相对稳定。与许多先前的研究相反，在1993-2014年期间，几乎没有发现锋面的南移，并且对SAM或ENSO相关的大气强迫只有弱敏感性。本研究和以前的研究使用等高线方法之间的差异的原因进行了调查，它表明，锋面结构的空间变异性是不依赖于下垫面的海面高度。有人认为，使用海面高度等值线来定义锋的研究结果必须小心解释。
2016-09-30 physics.ao-ph
Baroclinic Annular Mode Modulates Global Atmospheric Rivers and Extreme Precipitation
Purdue University（普渡大学）；Boston College（波士顿学院）
该研究揭示斜压环状模（BAM）通过重组大气河路径和极端降水分布，成为连接大尺度环流与全球水文极端事件的关键模态。
2026-09-29 physics.ao-ph
Detecting climate teleconnections with Granger causality
气候系统遥相关对提高气候可预测性至关重要，但难以量化。识别遥相关的标准方法通常基于时间序列之间的相关性。在这里，我们提出了一种新的方法，利用格兰杰因果关系，它可以推断/检测任何两个字段之间的关系。我们比较了遥相关的相关性和格兰杰因果关系在不同的时间尺度。我们发现，格兰杰因果关系和相关性一致恢复已知的季节性降水与厄尔尼诺南方涛动相关的海表温度模式的响应。这些发现在多个时间分辨率下都是稳健的。此外，我们确定候选人的未开发遥相关反应。
2021-09-28 physics.ao-ph physics.soc-ph
Trajectory Retrieval and Component Investigations of Southern Polar Stratosphere Based on High Resolution Spectroscopy of Totally Eclipsed Moon Surface
本文介绍了2011年12月10日月全食期间月球表面碎片的高分辨率光谱观测结果。这些观测是在Kourovka天文台（俄罗斯中部乌拉尔山脉）的1.2米望远镜上用光纤光栅摄谱仪进行的。观测到的辐射在从月球反射之前通过南极平流层的切线轨迹传输，光谱包含许多大气气体（O2，O3，O4，NO2，H2O）的吸收带。三个O2波段和O4吸收效应的高分辨率分析被用来跟踪通过平流层的太阳辐射的有效轨迹，并检测散射光的贡献。其他气体的条带使我们能够沿着轨道测量它们的丰度。
2012-11-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
Reaching for equilibrium : an alternative view of the unbalanced carbon cycle
提出了一个模型来解释观测到的大气CO2浓度和温度之间的相关性。该模型依赖于海洋与大气之间的温度平衡。当温度变化时，系统试图恢复平衡，其中时间常数受两者之间的动态通量约束。该模型用于重建自1885年以来CO2浓度的历史演变以及自1959年以来的月度波动。用南半球海表温度资料进行了最佳拟合。在这幅新的图景中，人类排放在大气二氧化碳的积累中没有发挥作用，但确实有助于恢复平衡的通量。
2008-02-21 physics.ao-ph
