High-Order harmonics of Thermal Tides observed in the atmosphere of Mars by the Pressure Sensor on the Insight lander
基于 InSight 着陆器高精度压力数据,研究火星热潮并发现超过 24 次的谐波,揭示了奇偶谐波的季节性演化差异及沙尘事件响应,指出高次谐波干涉可产生气象学模式。
2024-08-28 astro-ph.EP physics.ao-ph
On the relationship of coastal tropical rainfall and the large-scale atmosphere
热带沿海地区的降雨通常是由与地形直接相关的环流形成的,如陆地-海洋和/或山脉-谷风风。在许多地区,受沿海影响的降雨量占总降雨量的一半以上。参数化对流的天气和气候模式在热带沿海地区的降雨量中产生很大的误差,最常见的是低估了陆地上的降雨量,高估了海洋上的降雨量。建立在一个算法,以客观地识别降雨与陆海相互作用,我们调查沿海地区的降雨和大尺度大气之间的关系是否不同于在公海或内陆地区。我们结合3小时卫星降雨量的估计与再分析的大规模大气状态的估计。我们发现,当按降雨强度分组时,热带地区中等强度的沿海降雨发生在更稳定的条件和更干燥的大气中,并且与开阔海洋和内陆同行相比,与较小的大尺度辐合相关。总体而言,降雨量的依赖性的大尺度状态是显着较弱的降雨时,沿海地区的影响。我们的研究结果表明,对流在天气和气候模式的代表性必须迎合的大到小尺度的关系在海岸附近的特殊字符,而不是依赖于全球范围内的一套共同的规则。
2016-05-05 physics.ao-ph
Enhancing Near Real Time AI-NWP Hurricane Forecasts: Improving Explainability and Performance Through Physics-Based Models and Land Surface Feedback
该研究通过 Hurricane WRF 模拟揭示陆面土壤湿度对飓风路径的显著影响,指出当前 AI-NWP 模型因仅考虑大气而存在局限,并提出纳入陆面相互作用可提升预报准确性与可解释性。
2025-02-03 physics.ao-ph physics.geo-ph
The FLUXCOM ensemble of global land-atmosphere energy fluxes
Max Planck Institute for Biogeochemistry(马克斯·普朗克生物地球化学研究所);Chiba University(千叶大学);National Institute for Environmental Studies(国立环境研究所);Universitat de València(瓦伦西亚大学);University of Tuscia(图西亚大学);Woods Hole Research Center(伍兹霍尔研究中心)
虽然全球陆地-大气能量通量是地球气候系统的一个关键驱动因素,但却没有受到很好的约束。在这里,我们使用机器学习将FLUXNET涡度协方差塔的能通量测量值与遥感和气象数据合并,以估计净辐射、潜热和显热及其不确定性。由此产生的FLUXCOM数据库包括两种设置的147个全球网格产品:(1)0.0833 $°$分辨率使用MODIS遥感数据(RS)和(2)0.5 $°$分辨率使用遥感和气象数据(RS+METEO)。在每个设置中,我们在机器学习方法中使用完全析因设计,强制数据集和能量平衡闭合校正。对于RS和RS+METEO设置,我们估计2001-2013年全球(${\pm}$ 1标准差)净辐射为75.8 ${\pm}$ 1.4 ${W\ m^{-2}}$和77.6 ${\pm}$ 2 ${W\ m^{-2}}$,感热为33 ${\pm}$ 4 ${W\ m^{-2}}$和36 ${\pm}$ 5 ${W\ m^{-2}}$,蒸散量分别为75.6 ${\pm}$ 10 ${\times}$ 10 $^3$ ${km^3\ yr^{-1}}$和76 ${\pm}$ 6 ${\times}$ 10 $^3$ ${km^3\ yr^{-1}}$。FLUXCOM产品适用于量化全球陆-气相互作用和基准陆面模式模拟。
2018-12-11 cs.LG physics.ao-ph stat.ML
Dynamical Analysis of Blocking Events: Spatial and Temporal Fluctuations of Covariant Lyapunov Vectors
在中纬度大气中最相关的天气制度之一是持续偏离近似纬向对称急流出现阻塞模式。这样的配置通常连接到特殊的局部稳定性的流动,伴随着改进的本地预测技能的现象。相反,预测阻滞的发生和衰减是非常困难的。协变李雅普诺夫向量(CLV)提供了一个合适的表征混沌流的线性稳定性,因为它们代表了完整的切线线性动力学的协变基础,探索在所有时间尺度上的线性扰动。因此,我们评估CLV是否具有阻断的特征。作为第一步,我们研究了准地转β平面2层模式在周期性通道斜压驱动的纬向温度梯度$ΔT$的CLV。地形强迫增强了局部阻塞制度的出现。我们检测阻塞事件与Tibaldi-Molteni计划适应周期性的通道。当发生阻塞时,增长最快的CLV的全球增长率明显更高。因此,与直觉相反,在阻塞阶段,循环总体上更不稳定。有限时间李雅普诺夫指数相对于长期平均值的这种增加是由于在高温梯度的情况下更强的正压和斜压转换,而对于较低的ΔT值,这种影响仅是由于更强的正压不稳定性。为了确定CLV的定位,我们比较CLV在阻断和未阻断阶段的平均方差。我们发现,平均而言,CLV的方差聚集在阻塞中心周围。这些结果表明,阻塞流影响所有的时间尺度和CLV所描述的过程。
2016-01-26 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Estimating Atmospheric Mass Using Air Density
自19世纪末以来,一些研究人员估计了大气的质量。与以前的研究不同,这些研究侧重于地球表面的平均压力,这项分析使用地球表面上方的空气密度来预测大气质量。结果与最近基于压力的估计一致。这些数据表明,最新估计数的变化可归因于1公里至3公里之间的陆地海拔测量的改进。这项工作还提供了按层划分的大气质量估计数以及陆地平均海拔和中位海拔。
2018-12-03 physics.ao-ph
Agnostic detection of large-scale weather patterns in the northern hemisphere: from blockings to teleconnections
本研究采用受 Markov State Modelling 启发的无监督流程分析北半球中纬度天气模式,从转移概率矩阵识别衰减最慢的动力学模式,发现其与阻塞、纬向流及遥相关模式的转换相关,揭示了大气变率缺乏时间尺度分离。
2024-05-07 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.data-an
An Earth-System-Oriented View of the S2S Predictability of North American Weather Regimes
Department of Atmospheric and Oceanic Science, University of Maryland(马里兰大学大气与海洋科学系)
本研究通过XGBoost模型分析北美天气环流的S2S可预测性,发现大气在初期提供更高可预测性,而海洋和陆地在后期起关键作用,尤其在秋季和冬季表现显著。
2025-01-12 physics.ao-ph
The TRAPPIST-1 Habitable Atmosphere Intercomparison (THAI). Part III: Simulated Observables -- The return of the spectrum
TRAPPIST-1可居住大气相互比较(THAI)是一个社区项目,旨在量化大气环流模型(GCM)的差异如何影响TRAPPIST-1 e的气候预测,以及随后的大气特征。到目前为止,有四个大气环流模型参加了泰国的国际大气环流实验:ExoCAM、LMD-Generic、ROCKE-3D和UM。本文侧重于模拟观测,是三部曲的第三部分,继分析两个陆地行星情景(第一部分)和两个水行星情景(第二部分)之后。在这里,我们显示了一个强大的协议之间的模拟光谱和过境估计检测陆地行星大气的数量。对于水行星,使用四个GCM中任何一个的大气数据都需要至少17次凌日。这种预测对应于UM模拟数据,它产生最低和最薄的云。ExoCAM或LMD-G预测,由于更厚的终结者云,云会增加35-40%。这项工作首次提供了35-40%的“GCM不确定性误差条”,需要在未来的透射光谱分析中加以考虑。还分析了由天气类型引起的过境间变率和过境间的终端云量变化。它的大小在大气环流模式之间有很大的不同,但它对透射光谱的影响在测量不确定性范围内。泰国天文台展示了系外行星模型相互比较的重要性,并为一个更大的项目铺平了道路,该项目旨在开发一个相互比较元框架,即“使用系外行星研究相互比较嵌套互动套件的气候”。
2022-09-15 astro-ph.EP physics.ao-ph
Downscaling near-surface atmospheric fields with multi-objective Genetic Programming
土壤-植被-大气系统的不同组成部分的模型耦合需要调查组件的相互作用和反馈过程。然而,由于主导过程的影响,大气、陆面和次表层的分量模式通常在不同的时空分辨率下运行。例如,计算上通常更昂贵的大气模式通常以比陆地表面和地下模式更粗糙的分辨率使用。因此,需要在大气模式和地表/次表层模式之间的界面上进行放大和缩小程序。我们将多目标遗传编程(GP)应用于高分辨率大气模式运行的训练数据集,以学习重建精细尺度场的方程或短程序(例如,400米分辨率)从粗略大气模式输出(例如,2.8 km分辨率)。像人工神经网络一样,GP可以灵活地结合多变量和非线性关系,但其优点是解决方案是人类可读的,因此可以检查物理一致性。使用强度帕累托方法进行多目标适应度分配,使我们能够在学习过程中考虑细尺度字段的多个特性。
2014-07-07 cs.NE physics.ao-ph
Emergence of global scaling behaviour in the coupled Earth-atmosphere interaction
地球全球几何的尺度不变性可能导致气候系统各组成部分之间的耦合相互作用行为。最有趣的相关性之一存在于全球地形的空间统计数据和地球上的温度之间。在这里,我们表明,通过不同的方法在地球地形中观察到的幂律行为,类似于独立的大气参数的全球空间发布的比例律。我们报告观察到的标度行为,这些变量的特点是不同的普适指数。更具体地说,我们发现,在地球上的土地近地面温度的波动的空间幂律行为,共享相同的普遍指数的全球地球地形,地球的静态几何形状控制的动态大气场的恒定状态的全球持续作用的指示。这种普遍特征可以为从理论上理解大气层与地球全球地形的混沌性质铺平道路。
2016-09-27 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Functional data decomposition reveals unexpectedly strong soil moisture-precipitation coupling over the Great Plains
本研究将高维模型表示(HDMR)应用于陆-气耦合分析,克服传统方法局限,发现大平原土壤湿度对夏季午后降水的贡献远超此前估计,为气候研究提供了新的分析框架。
2025-06-16 physics.ao-ph stat.AP
SamudrACE: Fast and Accurate Coupled Climate Modeling with 3D Ocean and Atmosphere Emulators
SamudrACE通过3D海洋和大气模拟器实现快速准确的耦合气候建模,能够模拟数百年长的高分辨率气候现象。
2026-02-27 cs.LG physics.ao-ph
The Typicality of Regimes Associated with Northern Hemisphere Heatwaves
CSIRO Environment(澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部门);Department of Meteorology and Bolin Centre for Climate Research, Stockholm University(斯德哥尔摩大学气象系和博林气候研究中心);School of Computing and Mathematical Sciences, University of Leicester(莱斯特大学计算与数学科学学院)
研究北半球夏季热浪的大陆尺度制度,通过档案分析方法识别出由阻塞高压系统嵌套在波动大气环流中的空间模式,揭示热浪与阻塞高压及罗斯比波包的关系,为长期预测和气候模型评估提供依据。
2024-10-16 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
The 2020 release of the ExoMol database: molecular line lists for exoplanet and other hot atmospheres
ExoMol数据库(www.exomol.com)为热大气的光谱研究提供分子数据。虽然这些数据旨在用于系外行星和其他天体的研究,但该数据集具有广泛的适用性。该数据库的基本形式是广泛的线列表,这些补充与配分函数,状态寿命,冷却功能,Landé g因子,温度相关的横截面,不透明度,压力加宽参数,$k$ -系数和偶极子。本文介绍了该数据库的最新版本,该数据库已扩展到考虑80个分子和190个同位素体,总计超过7000亿次跃迁。虽然光谱数据集中在红外和可见波长,但应观察者的要求,紫外跃迁也越来越多地得到考虑。数据库的核心来自ExoMol项目,该项目主要使用理论方法,尽管通常经过微调以重现实验室光谱,以生成用于研究热体的非常广泛的线列表。最近的数据得到了补充,从直接的实验室观测,虽然通常与从头算过渡强度的使用线列表。新版本的一个主要推动力是对过渡频率的准确表征,用于系外行星和其他天体的高分辨率研究。
2020-07-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph