Network science disentangles internal climate variability in global spatial dependence structures
本研究利用网络科学方法，提出连通率指标R，以刻画地球系统模型集合中内部气候变率对全球温度空间依赖结构的影响，并揭示人为影响下气候可预测性的潜在变化。
2025-01-24 physics.ao-ph
Global Patterns of Extreme Temperature Teleconnections Using Climate Network Analysis
本文利用气候网络分析研究每日极端升温与降温事件的遥相关模式，发现显著遥相关距离先呈幂律衰减后出现长距离连接，极端降温事件长距离连通性更普遍，结果助力天气预报与气候风险评估。
2025-04-16 physics.ao-ph
Using the past to constrain the future: how the palaeorecord can improve estimates of global warming
气候敏感性被定义为大气CO2浓度加倍后全球平均平衡温度的变化，并提供了全球变暖的简单衡量标准。早期对气候敏感性的估计为1.5-4.5°C，此后变化不大，包括政府间气候变化专门委员会的最新评估。在这种简单的测量中持续存在如此大的不确定性，使人怀疑我们对气候变化机制的理解以及我们预测气候系统对未来扰动的反应的能力。这促使人们继续试图单独或结合模型使用气候数据来限制范围。大多数研究使用的数据来自仪器时代（1850年后），但最近的工作利用了地质学过去经历的大气候变化的信息。在这篇综述中，我们首先概述了使用仪器气候观测估计气候敏感性的方法，然后总结了使用地质时间尺度上的气候变化记录的尝试。我们研究这些研究的局限性，并建议如何更好地利用古气候记录的力量来减少我们对气候敏感性预测的不确定性。
2012-04-21 physics.ao-ph
The role of internal variability in global climate projections of extreme events
气候预测的不确定性可分为模式不确定性、情景不确定性和内部变率。在这里，我们调查的不确定性的不同来源的预测频率的每日最高温度和降水极端，这被定义为事件，超过99.97百分位数。这是全球使用初始条件大合奏。对于最高温度极值，内部变率在未来二十年占主导地位。在21世纪中叶，模式和情景的不确定性成为热带地区的主要贡献，但在热带以外地区，内部变率仍然占主导地位。到本世纪末，模式和情景的不确定性在全球范围内增加到几乎相等的贡献，各占40%左右，并有较大的区域波动。对于极端降水，内部变率在整个21世纪占主导地位，但西非等一些热带地区除外。在内部变率构成不确定性主要来源的区域，减少模式不确定性对气候预测的信噪比的潜在影响估计很小。我们讨论了使用的方法和我们的研究结果的影响，为未来气候模式的设计的警告。这里发现的内部变率的重要性强调了大型集合是理解气候预测的重要工具。
2022-08-17 physics.ao-ph
Evaluating local climate in global storm-resolving models with the Köppen-Geiger classification
Wageningen University & Research（瓦赫宁根大学与研究）；University of Hamburg（汉堡大学）；University of Lausanne（洛桑大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；Instituto Português do Mar e Atmosfera（葡萄牙海洋与大气研究所）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Seoul National University（首尔国立大学）；European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF)（欧洲中期天气预报中心）
研究评估了两种全球风暴解析模型在柯本-盖格尔气候分类中的表现，发现模型在区域偏倚方面仍有不足，但整体上在许多地区表现良好，提出该分类作为标准诊断工具。
2026-04-28 physics.ao-ph
Surface air temperature variability in global climate models
耦合模式相互比较项目第5阶段（CMIP 5）和多个全球再分析数据集的新结果被用来调查的平均值和标准差之间的关系，在地面空气温度。一个组合的陆海掩模和地形滤波器被用来调查的地理区域最强的相关性，在所有情况下，这被发现是低洼的地上位置。这一结果与大气有效热容量的差异是确定地面气温对强迫响应的重要因素的预期是一致的。
2012-10-08 physics.ao-ph
Asymmetry of AMOC Hysteresis in a State-of-the-Art Global Climate Model
本研究利用社区地球系统模型开展4400个模型年的模拟，证实先进全球气候模型中存在AMOC滞后现象，发现其恢复速度约为崩溃速度的6倍，该不对称性由北大西洋海冰分布主导，对气候预测和古气候解释有重要意义。
2023-08-27 physics.ao-ph
Amplified Urban Climate Extremes from Global Warming-Urbanization Synergy: A Physics-Informed Intelligence Paradigm
Institute of Artificial Intelligence for Meteorology, Chinese Academy of Meteorological Sciences（中国气象局气象科学研究院人工智能气象研究所）
本文提出融合物理原理的数据智能范式，通过构建城市气候-形态-发展类型学、物理引导机器学习和高通量风险预测，解决城市气候预测中的方法论与认知鸿沟问题。
2026-05-01 physics.ao-ph
Public Perception of Climate Change and the New Climate Dice
“气候骰子”描述了相对于气候学来说异常温暖或凉爽季节的可能性，在过去30年里，随着全球迅速变暖，它已经逐渐“加载”。季节平均气温距平的分布向高温方向移动，距平范围增大。一个重要的变化是出现了一类夏季极热的异常值，比气候学上的温度高出三个标准差（3σ）以上。在气候学时期，这种热极端覆盖了不到1%的地球表面，现在通常覆盖了大约10%的陆地面积。因此，我们可以非常自信地说，2011年德克萨斯州和俄克拉荷马州以及2010年莫斯科的极端异常是全球变暖的结果，因为在没有全球变暖的情况下，它们的可能性非常小。我们讨论了这种实质性的、不断增长的气候变化的实际影响。
2012-04-05 physics.ao-ph
Cloud Feedback on Earth's Long-term Climate Simulated by a Near-global Cloud-permitting Model
随着时间的推移，太阳会变得更亮，但地球的气候在其长期历史中大致适合生命;对于早期地球，这被称为微弱的年轻太阳问题（FYSP）。除了碳酸盐-硅酸盐反馈外，最近的研究表明，长期的云反馈可能部分解决FYSP。然而，他们使用的大气环流模型不能明确地解决对流和云。本研究使用一个没有积云对流参数化的近全球云允许模式重新调查云。我们的研究结果证实，一个稳定的短波云反馈确实存在，它的大小是$\approx$ 6 W m $^{-2}$或14%的能量所需的抵消20%比今天暗的太阳，或$\approx$ 10 W m $^{-2}$或16%的30%暗的太阳。当太阳辐射增加，同时CO $_2$浓度降低时，低空云层增加，通过提高行星的云量来稳定气候，反之亦然。
2022-09-06 physics.ao-ph
PepC-Global: A Basin-Tuned Probabilistic Tropical Cyclone Model with Enhanced Out-of-Sample Skill and Climate-Sensitive Over-Land Decay
Princeton University（普林斯顿大学）
PepC-Global是一种盆地调优的概率热带气旋模型，通过耦合随机过程模拟生成、路径和强度，在样本外测试中优于线性模型，并具有气候敏感的陆上衰减，适用于风险评估和未来气候研究。
2026-10-14 physics.ao-ph
Assessment of inter-model variability and biases of the global water cycle in CMIP3 climate models
观测到的变化，如20世纪全球气温上升和全球水循环加剧，也是耦合大气环流模式的有力结果。尽管取得了这一成功，但在一阶气候响应中较小的模型间变异性和偏差对气候可预测性有影响，特别是在使用多模型方法时。结果表明，IPCC-AR 4模式对20世纪和21世纪A2情景的气候模拟在模拟全球大气水分平衡方面存在不足。只有少数模式的大偏差影响了多模式平均全球水分收支，存在-0.14 Sv的不平衡通量，而多模式的中位数不平衡仅为-0.02 Sv。对于大多数模型，检测到的不平衡还随着时间的推移而变化。因此，在所审查的18个IPCC-AR 4模型中，有13个模型的全球年平均降水量超过了全球蒸发量，这表明大气中的水分应该“泄漏”，而其余5个模型则隐含着“洪水”。水汽的源/汇也可以被视为大气潜热加热/冷却，因此是大气能量收支或非辐射强迫的正/负扰动，范围为-1至+6 W/m2（中位数为+0.1 W/m2）。全球大气水分从海洋向陆地输送，影响陆地水循环也增加了约5%，模式到模式的范围从1%到13%。这种变化部分是由于模型中气溶胶强迫的不同实现。对气候模拟中干旱区向极移动的评估表明，泄漏和洪水模型两个子集的多模型平均值产生的空间移动与21世纪全球变暖模拟中预期的大小相似。
2011-09-28 physics.ao-ph
Climate in a Bottle: Towards a Generative Foundation Model for the Kilometer-Scale Global Atmosphere
针对自回归气候AI模拟器的漂移、难扩展等问题，提出基于扩散的生成框架cBottle，实现5公里级全球大气模拟，支持多模态气候任务与交互式引导采样。
2025-07-30 physics.ao-ph
Near-surface Extreme Wind Events and Their Responses to Climate Forcings in a Hierarchy of Global Climate Models
NSF National Center for Atmospheric Research（美国国家科学基金会国家大气研究中心）；Stony Brook University（石溪大学）；the University of Chicago（芝加哥大学）
本研究通过多级全球气候模型分析，揭示了近地表极端风对气候强迫的响应机制，强调了模型物理表示对区域风预测不确定性的影响。
2026-03-03 physics.ao-ph
A neural network-based Universal Thermal Climate Index for reliable global thermal-stress classification across extreme weather
University of Oxford（牛津大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
针对UTCI多项式近似在极端天气下精度不足的问题，提出神经网络Neural-UTCI，将RMSE从2.78°C降至0.36°C，误分类率从5.3%降至1.7%，提升热应激评估可靠性。
2026-09-30 physics.ao-ph
A Data Driven, Zero-Dimensional Time Delay Model with Radiative Forcing for Simulating Global Climate
有几个复杂的非线性模型模拟导致全球气候波动的物理过程。这些更先进的模型中的一些使用观察来约束所涉及的各种参数。然而，它们往往在计算上非常昂贵。此外，影响气候变化的确切物理过程尚未完全理解。因此，为了深入了解全球气候，我们发展了一个物理驱动的简化气候模式。该模型采用了一种新的数学公式，涉及一个非线性延迟微分方程研究温度波动时，施加辐射强迫。我们进一步采用简化的方程来检验推测的气候强迫机制的影响，并评估其影响的程度。这些发现对我们预测气候变化的努力具有重要意义，并有助于制定应对气候变化的必要政策。
2017-09-26 astro-ph.EP physics.ao-ph
Aligning long-term climate mitigation with enhanced methane action
本文指出甲烷措施须作为国家自主贡献的额外补充，以在保持二氧化碳减排进展的同时获取甲烷减排即时效益，从而长期应对气候变化。
2024-02-07 physics.ao-ph
Substantial Risk of 21st Century AMOC Tipping even under Moderate Climate Change
本研究重新评估了AMOC崩溃的临界全球变暖水平，发现即使在中等气候变化情景下，AMOC在21世纪内也有超过50%的可能性发生临界转变，且其崩溃将对社会产生严重影响。
2024-07-29 physics.ao-ph
Galactic Cosmic Rays - Clouds Effect and Bifurcation Model of the Earth Global Climate. Part 2. Comparison of Theory with Experiment
将地球全球气候能量平衡模型的解与EPICA Dome C和东方号实验观测的420和740 kyr以来地表古温度演化资料进行了比较。在所提出的分岔模型的框架下，（1）从理论上论证了末次冰期可能的Dansgaard-Oeschger型随机共振急剧变暖;（ii）提出了大气中水的气候敏感性概念，其温度不稳定性具有所谓的滞后回线形式，在此基础上，得到了近100万年来全球冰量的时间序列，与海洋沉积物中δ O-18浓度的时间序列吻合较好;（3）讨论了所谓的“CO2倍增”问题
2010-05-24 physics.ao-ph
Mapping global offshore wind wake losses, layout optimisation potential, and climate change effects
该研究利用再分析数据与工程尾流模型绘制全球海上风电资源及尾流损失图谱，揭示热带损失更高但布局优化潜力更大，并预测高排放情景下资源减少与尾流损失加剧的叠加效应。
2025-06-11 physics.ao-ph
Reanalysis-based Global Radiative Response to Sea Surface Temperature Patterns: Evaluating the Ai2 Climate Emulator
本文利用格林函数实验评估基于 ERA5 训练的 Ai2 气候仿真器 ACE，检验其对海表温度扰动的辐射响应表征能力，发现其低估历史增暖辐射响应，并提出该方法可用于评估机器学习气候仿真器的物理一致性与外推能力。
2025-07-21 physics.ao-ph
Future climate trends from a first-difference atmospheric carbon dioxide regression model involving emissions scenarios for business as usual and for peak fossil fuel
本文探讨了未来延续的一阶差分大气CO2和全球地面温度之间的强相关性的影响。它这样做，从现在到2050年，为一个全面的未来全球化石燃料能源使用的情景。结果表明，即使对一切照旧（IPCC的中等水平）的化石燃料使用估计，全球地面温度的上升速度也将低于最近的1960-2000年。关于化石燃料峰值，对于最常见的情况，目前观察到的（1998-2013年）温度高原将变成下降。将迄今观察到的气温趋势与全球气候灾害趋势进行比较：这些灾害在2005年达到高峰，目前正在明显减少。温度和灾害结果结合在一起，与未来减少化石燃料使用量的情况或化石燃料峰值的情况一致，但与标准的一切照旧的情况不一致。如果未来遵循化石燃料峰值的路径，全球地面温度明显下降的趋势将在未来几年变得明显。如果接受，这些结果证明气候问题可能需要更少的预防措施。如果是这样的话，同样的证据也支持化石燃料峰值问题确实需要采取预防措施。这一行动与应对气候变化的行动是一样的，即迅速过渡到一个以可再生能源为主的全球能源系统。
2014-04-29 physics.ao-ph
Constraining Global Changes in Temperature and Precipitation From Observable Changes in Surface Radiative Heating
大气成分的变化改变了加热地球表面的向下传播的太阳和大气长波辐射通量之间的大小和分配。这些变化是通过全球气候模式中的辐射传输代码计算的，并在气象观测网络上进行高精度测量。辐射加热的变化意味着全球地面温度和水文循环的变化。在这里，我们开发了一个概念框架，使用能量平衡模型，以表明在水文循环的一阶变化主要与太阳辐射的变化，而在地面温度主要与大气长波辐射的变化。这些见解被用来解释一系列现象，包括观测到的历史趋势，气候模式输出的偏差，以及气候变化预测中的模式间传播。这些结果可能有助于识别未来几代气候模式的偏差。
2020-04-29 physics.ao-ph
Sea ice trends in climate models only accurate in runs with biased global warming
观测表明，北极海冰覆盖面正在迅速缩小，而南极海冰覆盖面正在稳步扩大。相比之下，最先进的气候模式通常模拟北极和南极海冰覆盖的适度减少。然而，在每个半球，都有一小部分模式模拟的海冰趋势与观测结果相似。在此基础上，最近的一些研究表明，当考虑到模拟的内部气候变率时，模型与每个半球的观测结果是一致的。在这里，我们研究海冰变化在1979年至2013年的模拟从最新的耦合模式相互比较项目（CMIP 5）以及社区地球系统模型大型Ensemble（CESM-LE），借鉴以前的工作，发现全球平均表面温度和海冰范围之间的密切关系，在气候模式。我们发现，1979 - 2013年北极海冰退缩速度与观测结果一样快的所有模拟结果都比这一时期的观测结果显示出更多的全球变暖。使用两种不同的方法来估计在两个集合中每个模拟中观测到的全球变暖水平下发生的海冰退缩，我们发现模拟的北极海冰退缩速度与观测到的一样快，发生的时间不到1%。这意味着模型与观测结果不一致。在南极，我们发现模拟的海冰扩张速度与观测到的一样快，通常与全球变暖太少相对应，尽管这些结果更加模棱两可。我们表明，正因为如此，模拟没有捕捉到观察到的北极和南极海冰趋势之间的不对称性。这表明，在两个极地，模型可能因为错误的原因而得到了正确的海冰趋势。
2017-05-10 physics.ao-ph
The Reality of Climate Change: Evidence, Impacts and Engineering Solutions
本报告基于NASA、NOAA和NSW政府数据澄清了气候变化的科学现实，证实其主要由碳排放增加驱动，并提出可再生能源、绿色建筑和碳捕获等工程解决方案以缓解其影响。
2024-10-16 physics.ao-ph
Global impacts of organic aerosol acidity on sulfate and cloud formation
本研究将有机气溶胶酸解离及表面特异性效应纳入全球气候模型，发现其会促进硫酸盐生成、增加云滴数浓度并产生冷却效应，凸显了在气候模型中考虑该因素的重要性。
2025-10-03 physics.ao-ph
Sensitive Dependence of Global Climate to Continental Geometry
在数十亿年的历史中，地球经历了各种各样的气候。长期气候受大气中二氧化碳浓度的控制，而二氧化碳浓度又受海洋通过化学风化的固存作用的调节。这种化学风化汇与大陆的分布和组成密切相关。然而，大陆分布的影响从来没有在一个总体框架内进行过研究。在这里，我们表明，全球风化率是敏感的大陆的大小和形状，但在热带地区的土地的数量不能很好地解释。我们构建合成大陆的配置和使用合奏的全球气候模式模拟隔离大陆的风化和碳埋藏的安排的预期效果。径流模式是复杂的，敏感的大陆几何学的详细特征，和大陆纬度预测差。这些结果有助于解释地球气候的长期变化和不规则性。
2022-05-30 physics.ao-ph physics.geo-ph
Galactic Cosmic Rays - Clouds Effect and Bifurcation Model of the Earth Global Climate. Part 1. Theory
在理论和实验上考虑了第一种效应（Twomey效应）和第二种间接气溶胶效应，得到了银河系宇宙射线强度与地球云量之间物理联系的准解析描述。结果表明，地球气候能量平衡模型的基本方程是以集合型灾变形式的分支方程（关于地球表面温度）来描述的，其两个控制参数分别定义了日射和地球磁场（或大气中银河系宇宙射线强度）的变化。阐述了层次气候模式的构造原理，即模式在不同时间尺度上演化的平衡方程的结构不变性。
2010-05-24 physics.ao-ph
Bioclimatic change as a function of global warming from CMIP6 climate projections
预计气候变化将导致陆地生态系统的重大变化。然而，气候模式对特定温室气体排放情景的预测存在重大差异，这继续阻碍着详细的评估。在这里，我们表明，使用传统的Koppen-Geiger生物气候分类系统，最新的CMIP 6地球系统模型实际上非常一致的全球陆地表面的一部分，将经历一个显着的变化，每度的全球变暖。从历史和ssp 585模式运行的数据被用来创建不同程度的全球变暖的生物气候图，并调查的性能时，气候数据分类到离散的类别集合平均。本文用一个13种分类的简化方案，给出了1901-1931年全球变暖2K和4K时的全球生物气候分类图。这些预测显示了生物气候分布的巨大变化，从寒冷，潮湿的生物气候到炎热，干燥的生物气候几乎是唯一的变化。历史模式运行性能进行评估和检查的生物气候分类来自于在同一时期内观测到的气候比较。土地的小部分经历了变化，其生物气候类作为全球变暖的功能，估计结合从个别模型的结果。尽管生物气候分类方案的离散性，我们发现只有一个弱饱和的依赖性，这部分对全球变暖，这意味着约12%的土地经历了显着的气候变化，每增加1 K的全球平均温度之间的全球变暖水平1和3 K。因此，我们估计，将气候稳定在1.5K而不是2K的全球变暖，将使700多万平方公里的土地免受重大生物气候变化的影响。
2022-03-25 physics.ao-ph physics.geo-ph
The climate version of the Eta regional forecast model. 1. Evaluation of consistency between the Eta model and HadAM3P global model
用Eta WS预报模式编制的区域气候模式对南美洲1960-1990年进行了水平分辨率为40 km的积分。该模型在其横向边界处由HadAM 3 P的输出强制。HadAM 3 P的数据代表了现代气候的模拟，分辨率约为150 km。为了将Eta预报模式转化为气候区域模式，对原有模式进行了多次修正和订正。在SX-6超级计算机上进行了气候Eta模式的运行。动力降尺度试验结果的详细分析包括区域模式和AGCM模式之间的一致性以及区域模式在比AGCM更细的尺度上分辨气候场重要特征的能力的调查。在这项工作中，Eta模型和HadAM 3 P的输出字段之间的一致性的调查结果。分析了两种模式的位势场、温度场和风场。为了评价两种模型输出的相似性，采用了时间序列的傅立叶分析、线性回归系数构成的一致性指数、时间均值和空间均值模型的算术差和均方根差、离差分析等特征。研究结果表明，两种模型的大尺度结构在受力性能和空间布置上没有显著差异。此外，区域模式特征在积分时间期间相对于全球模式特征不具有相当大的正或负趋势。从总体分析可以肯定，这两种模式在对大尺度气候结构的描述上是一致的。
2007-11-27 physics.ao-ph
Machine-learned climate model corrections from a global storm-resolving model
Allen Institute for Artificial Intelligence（艾伦人工智能研究所）；Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, NOAA（美国国家海洋和大气管理局地球物理流体动力学实验室）；NVIDIA（英伟达）
由于计算的限制，运行多年的全球气候模式（GCM）需要一个较低的空间网格分辨率（${\gtrsim}50$ km）比精确解决重要的物理过程是最佳的。这种过程近似在GCM通过次网格参数化，这有助于显着的不确定性，在GCM预测。提高粗网格全球气候模式精度的一种方法是在每个模拟时间步添加机器学习的状态相关校正，使得气候模式更像高分辨率的全球风暴分辨模式（GSRM）。我们训练神经网络学习的状态依赖的温度，湿度和辐射通量的修正需要推动一个200公里的粗网格气候模式的演变3公里的细网格GSRM。当这些校正ML模式耦合到一年的粗网格气候模拟，时间平均空间格局误差减少了6-25%的土地地面温度和9-25%的土地表面降水相对于无ML基线模拟。ML校正的模拟在气候和环流方面产生了其他偏差，这些偏差与基线模拟不同，但幅度相当。
2022-11-21 cs.LG physics.ao-ph
Improved reliability and accuracy of CMIP5 global mean surface temperature projections
气候预测只有在相关的不确定性得到可靠估计的情况下才有意义。提供气候预测的一个标准做法是使用一套预测。集合平均值用作投影，而集合扩散用于估计相关的不确定性。这种方法的主要缺点是，无法保证集合预测能够充分采样未来可能的气候条件，并且集合传播的量化依赖于并不总是合理的假设。与预测相关的真实不确定性与集合传播之间的关系尚未完全了解。在这里，我们建议使用模拟和测量过去的条件，以研究合奏成员的性能和合奏传播和与他们的预测相关联的不确定性之间的关系。使用CMIP 5长期气候预测的集合，根据顺序学习算法进行加权，其传播与过去测量的范围有关，我们发现预测的全球平均地面温度（GMST）的不确定性范围大大降低。结果表明，通过采用先进的集合方法和使用过去的信息，有可能提供更可靠和准确的气候预测。
2019-04-14 physics.ao-ph
The impact of stochastic physics on climate sensitivity in EC-Earth
随机方案，旨在代表未解决的次网格尺度的变化，经常用于短期和中期天气预报，在那里他们被发现，以改善几个方面的模式。近年来，随机物理的影响也被发现对模式的长期气候有利。在本文中，我们首次证明，包括随机物理方案可以显着影响模型的预测全球变暖，以及其历史气候学的全球温度。具体而言，我们发现，包括“随机扰动参数化趋势”方案（SPPT）在完全耦合的气候模式EC-Earth v3.1，1850年和2100年之间的全球变暖的预测水平减少了10%的RCP 8.5强迫情景。我们将这种气候敏感性的降低与SPPT云反馈的变化联系起来。特别是，该方案似乎减少了正的低云量反馈，并增加了负的云光学反馈。一个关键的作用是由一个强大的，快速增加的云液态水与SPPT，我们推测是由于该计划的非线性相互作用与凝结。
2019-05-16 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
A fractal climate response function can simulate global average temperature trends of the modern era and the past millennium
气候响应函数的介绍，包括六个指数（低通）过滤器的权重取决于作为一个幂律的e-折叠时间。这两个参数的功能，太阳辐照度，温室气体和二氧化硫相关的气溶胶的组合强迫的响应同时适合重建的温度在过去的千年，太阳周期的响应，1991年皮纳图博火山爆发的响应，和现代1850 - 2010年的温度趋势。假设太阳辐照度的长期调制很强，则相当充分的拟合产生了对CO2浓度加倍2.0 +-0.3 K的千年尺度响应的气候响应函数（平均值±标准误差），其中约50%是在0.5年和2年的e-折叠时间下实现的，约30%是在8年和32年的e-折叠时间下实现的，电子折叠时间分别为128年和512年，约为20%。瞬态气候响应（CO2浓度每年上升1%的70年后的响应）为1.5 ± 0.2 K。从1820年到1950年的温度上升可以归因于大约70%的太阳辐照度增加，而1950年之后的温度变化几乎完全是由人为温室气体和气溶胶的相互作用产生的。与SO2相关的强迫在1950 - 1970年产生了一个小的温度下降，并在2000年左右的温度曲线的拐点。拟合与太阳辐照度的10倍较小的调制产生的千年尺度和瞬态气候响应的2.5 +-0.4 K和1.9 +-0.3 K，分别不太适合。
2012-04-15 physics.ao-ph
Stable machine-learning parameterization of subgrid processes for climate modeling at a range of resolutions
全球气候模型使用称为参数化的准经验模型来表示云和对流等小尺度过程，这些参数化是气候预测不确定性的主要原因。一种有前途的替代方法是使用机器学习直接从高分辨率模型输出中构建新的参数化。然而，从三维模式输出中获得的参数化尚未成功地用于气候模拟。在这里，我们使用一个随机森林学习的三维高分辨率大气模式的输出的子网格过程的参数化。将此参数化集成到大气模式中，可在粗分辨率下进行稳定的模拟，从而复制高分辨率模拟的气候。参数化遵守物理约束，并捕捉重要的统计数据，如降水极端。从全三维模拟中学习的能力为从现在出现的广泛的全球高分辨率模拟中学习参数化提供了机会。
2020-08-27 physics.ao-ph
Evidences for a quasi 60-year North Atlantic Oscillation since 1700 and its meaning for global climate change
北大西洋涛动（NAO）的特点是自1650年以来的准60年的主导振荡，从欧亚大陆的仪器和文件代理预测。一旦NAO记录被时间积分以强调其与温度记录的比较，这种模式就清楚地显现出来。综合NAO（INAO）被发现与一天的长度（自1650年以来）和全球表层海温记录HadSST 2和HadSST 3（自1850年以来）有很好的相关性。这些结果表明，INAO可以作为全球气候变化的一个很好的代理，至少从1700年以来，全球气候存在60年的周期。最后，INAO ~60年振荡与1700年以来欧洲历史极光记录中发现的~60年振荡有很好的相关性，这表明这一60年的主导气候周期具有太阳天文学的起源。
2012-06-25 physics.ao-ph physics.geo-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
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
Advancing global sea ice prediction capabilities using a fully-coupled climate model with integrated machine learning
Princeton University（普林斯顿大学）；NOAA, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory（美国国家海洋和大气管理局，地球物理流体动力学实验室）；Earth System Science Interdisciplinary Center, University of Maryland（马里兰大学，地球系统科学跨学科中心）；Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学，柯朗数学科学研究所）；Center for Data Science, New York University（纽约大学，数据科学中心）；Science Applications International Corporation（科学应用国际公司）
本研究利用完全耦合气候模型与集成机器学习，显著提升全球海冰预测能力，通过引入反馈机制减少预测误差。
2025-05-23 physics.ao-ph
Uncertainty in wind and solar projections depends on global and regional climate models
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
研究通过分析31组区域-全球气候模型组合，发现风能和太阳能资源的预测存在显著差异，主要由区域模型和全球模型的贡献决定，为设计更可靠的气候模型集合提供指导。
2026-03-20 physics.ao-ph stat.AP
Global climate models violate scaling of the observed atmospheric variability
我们使用去趋势波动分析来检验七个主要的全球气候模式的尺度性能。我们分析了全球六个代表性的站点的温度记录模拟的模式，两种不同的情况下：（i）与温室气体强迫和（ii）与温室气体加上气溶胶强迫。我们发现，这两种场景的模拟记录都未能再现观察到的记录的普遍扩展行为，并且显示出很大的性能差异。与标度行为的偏差在第一种情况下更明显，其中趋势也被明显高估。
2002-06-04 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Complex networks in climate dynamics - Comparing linear and nonlinear network construction methods
复杂网络理论提供了一个强有力的框架来统计研究气候系统中局部和非局部统计相互关系的拓扑结构，即遥相关。利用线性Pearson相关系数或非线性互信息作为区域间动力相似性的度量，从局部、中观和全球拓扑尺度上系统地比较了由同一全球气候数据集构建的气候网络。从AOGCM和再分析数据集的地面空气温度场的局部和中观拓扑尺度上观察到高度的相似性。我们发现在全球范围内的差异较大，特别是在介数中心领域。利用互信息获得的气候网络的全球尺度视图提供了有前途的新的视角来检测网络结构的基础上非线性物理过程的气候系统。
2009-07-24 physics.ao-ph physics.data-an
Ice Melt, Sea Level Rise and Superstorms: Evidence from Paleoclimate Data, Climate Modeling, and Modern Observations that 2°C Global Warming is Dangerous
我们使用数值气候模拟，古气候数据和现代观测来研究南极洲和格陵兰岛的冰融化的影响。融水趋于稳定海柱，诱导放大反馈，增加地下海洋变暖和冰架融化。寒冷的融水和引发的动力学效应导致南大洋和北大西洋的海洋表面冷却，从而增加了地球的能量不平衡和进入全球大部分海洋表面的热通量。南大洋表面变冷，而低纬度地区变暖，增加了南大洋的降水，增加了海洋层化，减缓了深水形成，增加了冰盖质量损失。这些反馈使与海洋接触的冰盖容易加速解体。我们假设，冰质量损失从最脆弱的冰，足以提高海平面数米，是更好地近似为指数比一个更线性的响应。10年、20年或40年翻一番，海平面将在大约50年、100年或200年内上升数米。最近的冰融化加倍时间接近10-40年范围的低端，但记录太短，无法确认反应的性质。包括次表层海洋变暖在内的反馈有助于解释古气候数据，并指出南大洋在控制大气二氧化碳方面的主导作用，这反过来又严格控制了全球温度和海平面。深海通风的千年（500-2000年）时间尺度影响了自然CO2变化的时间尺度，从而影响了古全球气候、冰盖和海平面变化的时间尺度，但这一古千年时间尺度不应被误解为冰盖对快速大人为气候强迫的响应时间尺度。
2016-02-03 physics.ao-ph
Subharmonic resonance of global climate to solar forcing
结果表明，1880- 2009年全球温度月资料（陆地和海洋相结合）的小波回归去趋势波动完全由三分之一次谐波共振对年强迫（包括自然强迫和人为强迫）的影响所主导。详细讨论了海洋罗斯贝波的作用和共振对厄尔尼诺现象的贡献。
2010-02-04 nlin.CD physics.ao-ph physics.geo-ph
A simple evaluation of global and diffuse luminous efficacy for all sky conditions in tropical and humid climate
本文介绍了在圣皮埃尔（留尼汪岛）的全球和漫射光效的初始值。首先，所使用的数据是在2008年2月至6月的6个月期间测量的。在此期间，研究了所有定义的日型（晴天、多云和中间）。一般来说，留尼旺岛的气象数据库不包含照度值的信息。另一方面，当地气象中心拥有60年历史的太阳辐照度（W.m-2）数据库。因此，为了从太阳辐照度中找到照度（或从太阳辐射亮度中找到亮度），确定发光效率非常重要。本文对实测数据进行了分析，建立了确定不同天空条件下光效的经验常数模型。这些经验常数（模型）和现有的模型进行了比较。本文将介绍用于定义天空条件（阴天、中等天气和晴天）和日型特征以及分类的方法。
2012-12-20 physics.ao-ph
Transparent framework to assess the revision of climate pledges after the first Global Stocktake
提出透明框架按国评估气候承诺，显示当前承诺致2100年升温1.96°C，需净零目标、甲烷承诺及森林宣言限制超调，最终降至1.5°C。
2023-12-26 physics.ao-ph physics.geo-ph
The effects of large climate fluctuations on forests as a Big Data approach
本研究表明，对森林的重大影响可能导致全球范围内的大气候波动。本研究考虑到各种方案的重建森林地区使用的地质生态信息建模系统。该工具被描述为大数据方法的可能改进。它的结构包括24个模块，这些模块结合了一系列模型和算法，用于大数据的全局处理及其分析。这一工具的关键部分是气候-自然-社会系统的全球模型。
2017-09-24 physics.ao-ph physics.data-an
An intrinsic pink-noise multi-decadal global climate dynamics mode
了解多年代际变率是气候动力学的一个基本目标。例如，最近被称为“全球变暖间断”的现象可能反映了与一个内在的、工业化前的、数十年的变率过程的耦合。在这里，使用多重分形时间序列的方法，我们证明了42个数据集的79个代理与全球范围内表现出粉红噪声特性的多年代际时间尺度。为了量化这种行为的持续性，我们研究了高分辨率的冰芯和洞穴沉积物数据，以发现工业化前后的粉红噪声。我们用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，简称ERF）分析了1901年至2012年的月平均地面温度的空间结构。第一模态清楚地反映了东太平洋和南大洋的海洋热通量汇的分布，并具有年代际粉红噪声特征。我们假设，这种粉红噪声的几十年空间模式可能与外部驱动的温室气体强迫共振，驱动大尺度气候过程。
2018-07-19 nlin.CD physics.ao-ph
Climate network suggests enhanced El Niño global impacts in localized areas
本文利用近地面气温资料构建了有向加权气候网络，研究了厄尔尼诺和拉尼娜对全球的影响。我们发现，具有较高的正或负网络的加权链接的区域，表现出较强的相关性与厄尔尼诺盆地和厄尔尼诺或拉尼娜期间温暖或凉爽。与非厄尔尼诺时期相比，这些较强的加权活动集中在局部地区，而全球很大一部分地区不受这些事件的影响。厄尔尼诺（拉尼娜）事件的局部活动区域各不相同;仍然有一些厄尔尼诺（拉尼娜）事件彼此更为相似。我们使用网络群落结构来量化这种相似性。本文的结果和方法可用于提高对厄尔尼诺或拉尼娜事件的认识和预测，也可应用于其他气候变量的调查。
2016-09-02 physics.ao-ph physics.geo-ph
The Rise of AI in Weather and Climate Information and its Impact on Global Inequality
Catalan Institution for Research and Advanced Studies (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高级研究机构）
人工智能在天气和气候信息中的兴起加剧了全球不平等，需通过数据为中心的发展、气候数字基础设施和知识共生产来解决不平等问题。
2026-07-30 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Böögg Bang drives global climate change
Böögg是一个巨大的雪人模型，由易燃材料制成，并装满了炸药。每年春天在瑞士苏黎世举行的传统节日Sechseläuten期间，Böögg被放在一个木制的柴堆上，点燃。根据流行的传说，在博格的头部爆炸之前的时间（“头部爆炸”时间）据说可以粗略预测当地夏季的天气状况。然而，最近的研究对这一预测的有效性提出了质疑。为了研究博格的预测能力，我们在全球气候变化的背景下分析了1965年至2010年博格头部撞击时间记录。我们的分析表明，博格头撞时间不是一个很好的预测短期当地天气的预测，因为可能会从传说中预期，但整个全球气候系统的行为。
2011-03-31 physics.ao-ph physics.pop-ph stat.OT
Probabilistic Emulation of a Global Climate Model with Spherical DYffusion
UC San Diego（加州大学圣迭戈分校）；Allen Institute for AI（艾伦人工智能研究所）
本研究提出首个结合DYffusion和SFNO的条件生成模型，通过模拟FV3GFS实现高效稳定的百年全球气候集合模拟，性能优于现有方法。
2024-11-13 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Rediscover Climate Change during Global Warming Slowdown via Wasserstein Stability Analysis
本文提出Wasserstein稳定性分析方法，通过检测概率分布函数变化而非均值趋势，重新发现全球变暖减缓期的极端温度偏移和海冰约束减弱现象。
2023-05-28 physics.ao-ph stat.AP
