The first step in exploring the properties of dynamical systems like the Earth climate is to identify the different phase space regions where the trajectories asymptotically evolve, called `attractors'. In a given system, multiple attractors can co-exist under the effect of the same forcing. At the boundaries of their basins of attraction, small changes produce large effects. Therefore, they are key regions for understanding the system response to perturbations. Here we prove the existence of up to five attractors in a simplified climate system where the planet is entirely covered by the ocean (aquaplanet). These attractors range from a snowball to a hot state without sea ice, and their exact number depends on the details of the coupled atmosphere-ocean-sea ice configuration. We characterise each attractor by describing the associated climate feedbacks, by using the principal component analysis, and by measuring quantities borrowed from the study of dynamical systems, namely instantaneous dimension and persistence.
Local dimension and recurrent circulation patterns in long-term climate simulations
随着最近出现的一个健全的数学理论的极端事件的动力系统，新的方法来分析系统的固有属性已经成为可用：研究只有概率非常接近庞加莱递归，我们可以推断潜在的吸引子的局部维数-一个数量是密切相关的可预测性的个人配置，以及从观察他们获得的信息。本研究探讨了可能的方法估计本地和全球吸引子尺寸，确定潜在的陷阱，并讨论了可能的应用。便携式大学大气模型（Portable University Model of the Atmosphere，简称ARMA）是一个介于简单数学玩具和真实大气数据集之间的中等复杂性测试对象。它表明，引入一个简单的，分析估计可以简化程序，并允许额外的测试理论预期和观测数据之间的协议。此外，我们展示了如何新获得的知识，局部尺寸可以补充经典的技术，如主成分分析，并可能有助于分离有意义的模式从数学文物。
Global stability of the Atlantic overturning circulation: Edge state, long transients and boundary crisis under CO$_2$ forcing
University of Reading（雷丁大学）；Institute for Marine and Atmospheric Research Utrecht, Utrecht University（乌得勒支大学海洋与大气研究所乌得勒支）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；University of Leicester（莱斯特大学）
A Fast and Physically Grounded Ocean Model for GCMs: The Dynamical Slab Ocean Model of the Generic-PCM (rev. 3423)
Observatoire astronomique de l’Université de Genève（日内瓦大学天文台）；Centre pour la vie dans l’Univers de l’Université de Genève（日内瓦大学宇宙生命中心）；Group of Applied Physics and Institute for Environmental Sciences, University of Geneva（日内瓦大学应用物理组与环境科学研究所）；Laboratoire d’Océanographie et du Climat LOCEAN/IPSL, Sorbonne Université（索邦大学海洋与气候实验室LOCEAN/IPSL）；Laboratoire de Météorologie Dynamique/IPSL, CNRS, Sorbonne Université（法国国家科学研究中心/索邦大学动力气象学实验室/IPSL）；Laboratoire d’astrophysique（天体物理学实验室）
On temporal scale separation in coupled data assimilation with the ensemble Kalman filter
耦合资料同化（CDA）是数值天气和气候预报领域的一个重要研究方向，在世界范围内得到了广泛的应用。核心问题是尺度分离作为一个障碍，阻碍了跨模型组件的信息传播。我们提供了一个简短的调查CDA，然后集中在CDA使用集合卡尔曼滤波器（EnKF）。我们考虑第一耦合方程的时间尺度差异，并推导出：（i）交叉组件的影响是强的从慢到快的尺度，但（ii）内组件的影响是更强的快尺度。虽然观察慢标度是可取的，并有利于快标度，但后者必须以高频率观察，否则误差将影响慢标度。实验使用的大气-海洋模式，MAOOAM。六个配置被认为是不同的大气-海洋耦合的强度和/或模式的数量。通过研究李雅普诺夫谱、柯尔莫哥洛夫熵和Kaplan-Yorke吸引子维数，给出了该模型的动力学特征。我们还计算了协变的李雅普诺夫向量，并用它们来解释模型不稳定性如何根据耦合强度对不同模型的模式产生作用。实验证实了观测快速尺度的重要性，但也表明，尽管其时间尺度缓慢，但在海洋中进行频繁的观测是有益的。研究了系综大小与不稳定子空间维数之间的关系。结果在很大程度上证实了非耦合系统中已知的结论：N> n 0是EnKF收敛的必要条件。但MAOOAM的李雅普诺夫谱的准简并性，具有许多接近零的指数，可能是某些模型配置观察到的分析误差平滑逐渐减小的原因，即使当N> n 0。
