Zonal asymmetries control the response of atmospheric blocking to Arctic warming in an aquaplanet experiment
University of Trento(特伦托大学);Istituto Universitario Superiore di Pavia(帕维亚高等大学研究所);University of Exeter(埃克塞特大学);Center Agriculture Food Environment, University of Trento(特伦托大学农业食品环境中心)
通过理想化水球实验,发现纬向不对称性导致阻塞频率对北极增暖的响应从均匀增加变为上游位移,核心机制是纬向风减弱降低流量承载能力,结合阻塞阈值行为。
2026-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Warming trend in cold season of the Yangtze River Delta and its correlation with Siberian high
利用1960 - 2010年的气象资料,采用Mann-Kendall非参数检验方法分析了长江三角洲地区气温的变化特征,并利用相关分析方法探讨了冷季气温与西伯利亚高压强度的相关性。结果表明:(a)研究期间长江三峡地区气温显著升高,(b)冷季升温趋势对年增暖的贡献较大,(c)冷季气温与SHI呈显著负相关。
2018-06-17 physics.ao-ph physics.geo-ph stat.AP
Decreasing World Aridity in a Warming Climate
自19世纪以来,由于人为排放的温室气体增加了大气对热红外辐射的不透明度,世界平均气候变暖。这种变暖是否增加了干旱的频率或严重程度?我们定义了一个客观的干旱指数,量化干旱的降水强迫功能。使用{ \it c.\}~中的GHCN每日数据库从1900年到现在,平均在八个大陆或半大陆地区的数百或数千个网站,我们评估干旱的趋势。其中7个区域有足够的数据得出重要结论。在这些地区,平均干燥度每年以对数速率从$(-2.2 \pm 0.6) \times 10^{-4}$下降到$(-5.1 \pm 0.2) \times 10^{-3}$,是其标称($1σ$)不确定度的三倍或更多。
2019-09-17 physics.ao-ph
Depth-dependent warming of the Gulf of Eilat (Aqaba)
本研究分析埃拉特湾700米内温度等数据,发现全深度海水变暖速率与全球海表及地中海相当,其与冬季深层混合事件减少、南部热量平流相关,表明局地海洋变暖或关联偏远区域变暖。
2023-12-13 physics.ao-ph
Global Warming and Caspian Sea Level Fluctuations
沿海地区具有高度的社会、经济和环境重要性。由于这种重要性,海平面波动可能会产生许多不良后果。在这项研究中,由于全球变暖和里海水位的沿海站的温度上升趋势之间的相关性已经建立。里海海平面数据是从Jason-1号卫星收到的。结果表明,各站气温与海平面的月相关性较高,且均为正相关。但每年的相关性是负的。这意味着海平面随着温度的升高而下降。
2014-06-23 physics.ao-ph stat.AP
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
Trends of continental, zonal and seasonal land temperatures in the 20th century
利用主成分分析(PCA)和逆排列趋势分析方法,研究了20世纪初全球变暖期大陆、纬向和季节温度异常的演变。ETCW在除大洋洲以外的所有其他大陆都很重要。从ETCW开始,南美洲的变暖是显着的,但北美和欧洲的显着近期变暖仅在1990年左右开始。纬向和季节性的PC 2与AMO指数都有很好的相关性,而纬向的PC 3与南方涛动指数(SOI)有较好的相关性,季节性的PC 3与冬季的El Nino(NINO 34 DJF指数)有较好的相关性。在南半球,最近的变暖始于20世纪50年代最靠近赤道的地区,最晚于20世纪70年代末在最南端地区。在两个最低的北部地区(EQ-N24,N24-N44),自ETCW以来的变暖是显着的,并在20世纪70年代开始增加变暖,但在两个最北的地区(N44-N64,N64-N90),ETCW后的冷却延迟到1990年左右,最近的变暖开始。北半球的所有季节,但没有季节在南半球描绘了一个显着的ETCW。对于1910-2017年的分析,所有三个PCA具有几乎共同的PC 1分量,即,20世纪40年代前气温逐渐升高,50年代末气温下降,70年代后半期气温平缓,70年代后气温急剧上升。然而,大陆PC 1仅解释了75.2%的数据变化,而纬向和季节PC 1分别解释了81.7%和87.6%的相应数据。
2020-08-26 physics.ao-ph
No Reduction of Tropical Convection with Warming Expected from Theory or Models
University of Vienna(维也纳大学)
该研究协调了理论预测与对流解析模型的矛盾,指出热带对流随变暖是重新分布而非减弱,其沿等温线的对流运动和输送水对变暖高度不变,简化了热带大气变暖响应的预期。
2026-08-17 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
Anthropogenic contributions to slow warming over 1998-2012
本文利用简化气候模式和观测约束统计模型,量化了1998-2012年全球增暖减缓中各因素的贡献,发现拉尼娜、太阳活动下降及人类排放变化共同主导了减缓,表明人为减排对控制全球变暖具有重要作用。
2023-09-25 physics.ao-ph physics.geo-ph
Marine Heatwaves in the Arabian Sea: Drivers and Impacts on Atmospheric Circulation and Extreme Precipitation
University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);Texas A&M University–Corpus Christi(德克萨斯农工大学科珀斯克里斯蒂分校);Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego(加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所);Florida State University(佛罗里达州立大学)
研究通过卫星观测和数值模拟,揭示阿拉伯海夏季海洋暖潮的驱动因素及其对季风降水的影响,发现暖潮与ENSO和IOD相关,并加剧极端降水风险。
2026-03-18 physics.ao-ph
Atmospheric instability as a loss of a metastable equilibrium
一般热力学理论的亚稳态是用来在这个简短的说明,试图了解更好的大气不稳定性。它表明,不仅冷却云可以导致下雨,但加热也,特别是当有带电的水滴在云中(在这种情况下,我们有雨与闪电)。讨论了全球变暖对天气的影响。
2012-04-05 physics.ao-ph physics.chem-ph
Reply to Benestad's comment on "Discussions on common errors in analyzing sea level accelerations, solar trends and global warming" by Scafetta (2013), arXiv:1306.2011
在这里,我回应的批评和投诉Benestad(模式n。1,91-92,2013,http://dx·doi·org/10·5194/prp-1 - 91 - 2013)(Pattern P.D. 1,37-57,2013,http://dx.doi.org/10.5194/prp-1-37-2013),我发现这是误导性的,站不住脚的。更重要的是,Benestad没有发现任何物理或数学错误,在Sirtta的工作。因此,Sjuetta的科学成果仍然得到充分证实。
2013-09-26 physics.ao-ph physics.geo-ph
H$_2$O$_2$-induced Greenhouse Warming on Oxidized Early Mars
在火星早期的氧化环境中存在液态水,这是由最近的火星探索中发现的富锰岩石推断出来的。富锰岩石所暗示的氧化气氛基本上由CO $_2$和H $_2$ O组成,没有任何还原的温室气体,如H $_2$和CH $_4$。然而,到目前为止,人们一直认为,如果没有减少温室气体的存在,早期的火星不可能足够温暖,以维持液态水的存在。在这里,我们提出H $_2$ O $_2$可能是负责加热氧化早期火星表面的气体。我们的一维大气模型表明,只有1 ppm的H $_2$ O $_2$就足以使行星表面变暖,因为它对远红外波长有很强的吸收,其中对于压力为3 bar的CO $_2$大气,地面温度可能达到273 K以上。由于在缓慢凝结条件下的快速光化学生成,潮湿和氧化的大气层预计将在其高层大气中保持足够量的H $_2$ O $_2$气体。我们的研究结果表明,在氧化的早期火星上可能保持着温暖潮湿的环境,从而表明其古老的大气氧化还原状态和可能的水环境之间可能存在联系。
2020-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
Net Zero Averted Temperature Increase
本文基于无反馈估计和观测增长率,量化了美国及全球2050年净零CO2排放所能避免的增温幅度,指出即使在IPCC高气候敏感性假设下,其避免的增温仍然很小。
2024-06-11 physics.ao-ph
Western Europe is warming much faster than expected
过去几十年的变暖趋势现在如此强烈,以至于在当地温度观测中可以看出。这就有可能将这一趋势与综合气候模式预测的变暖情况进行比较,因为信噪比太低,到目前为止,还不能直接用局部尺度的观测结果加以验证。在西欧观测到的温度趋势在过去几十年中似乎比最先进的大气环流模型模拟的要强得多。由于随机波动,无论是在快速天气过程中还是在十年气候波动中,这种差异都是非常不可能的。在冬季和春季,大气环流的变化很重要;在春季和夏季,土壤湿度和云量的变化很重要。对北大西洋流的错误描述影响了沿岸的趋势。其中许多进程继续影响21世纪的预测趋势。这意味着对西欧的气候预测可能低估了人为气候变化的影响。
2008-06-06 physics.ao-ph
Hidden Warming Effects of Cloud Cycle Errors in Climate Models
云反射太阳辐射和捕获陆地辐射的效率受到其日周期的强烈调制。由于平均云特性在气候预测中的重要作用,人们对平均云特性给予了很大的关注,但对平均云特性的日变化研究较少。在这里,我们量化了当前气候模式中云周期的平均值、振幅和相位,并将其与卫星观测和再分析数据进行了比较。虽然平均值似乎是可靠的,但云的日周期的振幅和相位显示出明显的不一致性,特别是在陆地上。我们表明,为了补偿这些误差所暗示的净辐射输入增加,在气候模式的校准过程中可能会引入云液态水路径的高估,以保持温度与观测结果一致。这些差异可能与大气对流中的云参数化问题有关。
2017-05-11 physics.ao-ph
Remote Influences of Land Surface Temperature and their Implications for Sea Surface Temperature Patterns
Princeton University(普林斯顿大学)
研究通过耦合海洋-陆地-大气模型,探讨陆地表面温度变化对热带太平洋均态的影响,发现南美地区升温强化了热带太平洋经向温差,产生类似拉尼娜状态,而其他地区如马六甲海峡或青藏高原则无显著影响。
2026-10-19 physics.ao-ph
Climate-Adaptive and Cascade-Constrained Machine Learning Prediction for Sea Surface Height under Greenhouse Warming
Tianjin University(天津大学);The Hong Kong University of Science and Technology(香港科技大学);Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院大气物理研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本文提出基于KE级联约束的机器学习模型,用于预测温室变暖下的海面高度,显著提升模型性能并展示其跨气候适应性。
2026-01-23 physics.ao-ph
Multivariate Estimations of Equilibrium Climate Sensitivity from Short Transient Warming Simulations
衡量气候变化影响最常用的指标之一是平衡气候敏感性,其定义为大气CO瞬时加倍导致的长期(平衡)温度升高$_2$。由于全球气候模式在实践中不能完全平衡,外推技术被用来估计平衡态从瞬态变暖模拟。由于气候反馈的丰富性-跨越广泛的时间尺度-很难从短期时间序列中提取长期行为;主要使用的技术只能检测单一的最主要的本征模式,从而妨碍了它们作出准确的长期估计的能力。在这里,我们提出了一个扩展这些方法,将数据从多个观测的多分量线性回归模型。通过这种方式,不仅可以捕获气候系统的主导特征模,还可以捕获次主导特征模,从而从短期非平衡时间序列中获得更好的长期估计。
2020-10-02 physics.ao-ph
Estimate of the Globing Warming Caused by the Retreat of Polar Sea Ice
温室气体CO2、CH 4和N2 O(GHG)在大气中的浓度不断增加通常被认为是过去几十年全球变暖的主要原因。然而,报告的温度数据并没有显示出与1880年以来浓度变化的简单相关性,因此其他原因也被认为是显着的。这方面的一个重要特征是近年来观察到的极地冰盖的缩小。我们研究了自1955年以来全球海冰损失对全球平均温度的直接影响,估计了相应的陆地温度下降。使用一个简单的一维模型计算的全球变暖的表面是由温室气体的增加和温室气体的变化。计算得出1880年至1955年期间温室气体的适度影响为0.08 K,1955年至2015年进一步增加0.18 K。后期极地海冰(MSI)融化对全球变暖的贡献较大,约为0.55 +/-0.05 K,明显超过温室气体的贡献,可与过去60年观测到的全球升温1.0 +/-0.1 K相比较。我们的数据还表明,全球平均温度的延迟响应的海冰损失的时间常数约为20年。讨论了理论模型的有效性以及温室气体增暖与MSI效应之间的相互关系。
2018-04-10 physics.ao-ph physics.geo-ph
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
Changes in Seasonal Upper Tropical Momentum Fluxes with Global Warming
北半球夏季热带对流层上层动量收支涉及涡动通量和平均纬向通量之间的平衡。而在冬季,涡动通量本身则分别对亚洲和东太平洋地区的纬向气流起加速和减速作用。在纬向平均意义上,这两个的残差然后由平均纬向通量平衡。这些特征在CMIP 6模型套件的控制运行中被定性捕获。随着变暖,CMIP6合奏表明,在夏季和冬季的通量预算的变化在定量的方式。除了平均纬向通量受Hadley环流减弱的影响外,涡旋通量也有明显的变化。值得注意的是,驻波通量的影响,在亚洲和东太平洋地区在夏季和冬季,分别。在冬季,由于暖化模拟中盛行的西风减弱,进入东太平洋的热带外波活动几乎停止。而在夏季,亚洲地区的涡动通量向上移动,对流层上部和平流层下部都有变化。具体来说,亚洲夏季反气旋周围的旋转流减弱,在对流层上部,而在平流层下部加强。与此同时,赤道印度洋上空的涡动通量辐合在前者减少,在后者增加(增加的量更大)。事实上,夏季热带和副热带驻波在平流层下部的加强与变暖不仅限于亚洲部门,但在所有的热带地区观察。有效地,在对流层上层动量通量预算的所有条款的幅度随着变暖而减少,和合奏平均继续产生一个稍微向西的年度和纬向平均赤道纬向流。
2021-07-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A coupled model of episodic warming, oxidation and geochemical transitions on early Mars
用大气演化模型来描述火星的地质仍然是一个重大挑战。火星地质学的特点是,过去的证据表明,表面存在间歇性的液态水,地球化学表明,从潮湿到干燥和氧化性更强的表面条件缓慢而间歇地过渡。在这里,我们提出了一个新的模型,将减少温室气体和氧化由于氢逃逸的随机注射,调查这些不同的意见负责的条件。我们发现,火星在其早期历史中可能反复地从还原(富含H2)过渡到氧化(富含O2)的大气条件。我们的模型预测了一个普遍寒冷的早期火星,年平均温度低于240 K。如果峰值还原气体释放率和背景CO2水平足够高,它仍然表现出足够的阶段性温暖间隔,以降解火山口壁,形成山谷网络,并创造其他河流/湖泊特征。我们的模型还预测了大气中O2的瞬时积累,这有助于解释盖尔陨石坑中锰氧化物等氧化矿物的发生。我们认为,明显的Noachian-Hesperian过渡页硅酸盐沉积到硫酸盐沉积约35亿年前可以解释为一个综合的结果,增加行星氧化,减少地下水的可用性和不断减弱的火流星撞击通量,这大大减缓了表面硫酸盐的再活化和热化学破坏。最终,火星早期气候和表面化学的快速和重复变化将为任何新兴的微生物生命带来挑战和机遇。
2021-03-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Did recent sea surface temperature warming reinforce the extreme East Asian summer monsoon precipitation in 2020?
Ulsan National Institute of Science and Technology(蔚山科学技术院);Pohang University of Science and Technology(浦项科技大学);Yonsei University(延世大学);Seoul National University(首尔大学)
本研究通过区域气候模式试验发现,2020年东亚夏季风极端降水并非由近期海表温度变暖驱动,暖SST会抑制副高扩张、减弱西南风,使EASM区域降水减少。
2026-09-03 physics.ao-ph
Hydrologic Cycle Weakening in Hothouse Climates
本文通过气候模型揭示水文循环随地表升温呈非单调变化,在约320-330 K以上降水趋势逆转,并阐明其由长波辐射上限与H2O短波吸收增强共同驱动,对地球、金星及系外行星气候演化具有重要启示。
2024-05-03 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
Amplified Summer Wind Stilling and Land Warming Compound Energy Risks in Northern Midlatitudes
本文利用高排放情景下的大集合气候模拟,揭示北半球中纬度夏季风速减弱可达约15%,并与制冷需求激增叠加,可能提前破坏能源供需平衡,为气候-能源风险评估提供依据。
2024-12-31 physics.ao-ph
Investigating Inductive Biases for Machine Learning Emulation of Sudden Stratospheric Warmings in Idealised Isca Simulations
Technical University of Denmark(丹麦技术大学);University of Cambridge(剑桥大学);University of Exeter(埃克塞特大学)
测试不同架构的归纳偏差对模拟平流层突然增温动力学的影响,发现三维垂直耦合是关键,但低预测误差不保证物理一致性。
2026-06-18 cs.LG physics.ao-ph
Bangladesh's Amplified Coastal Storm Tide Hazard from Tropical Cyclones and Rising Sea Levels in a Warming Climate
本文通过统计-物理降尺度和多模型大集合预估,揭示气候变暖下孟加拉国百年一遇风暴潮将从3.5米增至4.9-5.4米,破坏性气旋风暴潮频率增加6-23倍,凸显提升沿海韧性的紧迫性。
2025-01-02 physics.ao-ph stat.AP
Soil and soil CO2 magnify greenhouse effect
土壤通过调节大气温室气体而被认为是全球变暖的间接驱动因素。然而,由于土壤的热容和CO2浓度高于大气,土壤对温室效应的直接贡献可能是不可估量的。通过对土壤和大气中CO2浓度的现场观测,证明了土壤中的热量及其在土壤中缓慢的传递过程可能导致热量缓慢地从土壤中泄漏。土壤温度与土壤CO2浓度呈非线性关系,在7500 ppm CO2浓度下土壤温度最高。研究表明,土壤和土壤CO2与大气CO2一起,在助长温室效应方面起着不可或缺的作用。我们建议,在理解全球变暖的驱动因素时,应重点关注土壤的人为变化。
2019-07-13 physics.ao-ph physics.geo-ph
Historic Trends in U. S. Drought Forcing in a Warming Climate
自19世纪气候上显著的人为温室气体排放开始以来,北美和世界平均气候显著变暖。有人认为,气候变暖可能会增加干旱的频率或严重程度。我们定义和研究的干旱指数,描述了干旱的降水强迫函数的统计,考虑干旱是一个季节,足够低的降水是显着的农业。我们的干旱指数是季节降水量的倒数函数,这是更重要的农业比平均降水量。使用NOAA数据从13个不同的气候制度在48个连续的美国与时间序列运行在1940- 1999年期间,但包括两个数据系列从1900年或1910年,并计算其十年平均值,我们寻找线性趋势的干旱指数。我们发现在$2σ$水平上没有显著的线性趋势。在5个研究中心,任何系统性趋势的$3σ$上限在1.0--2.8%/10年范围内,而在2个研究中心,$3σ$下限为-0.5%/10年和-2.2%/10年;在其他研究中心,界限限制性较小。
2014-01-28 physics.ao-ph physics.soc-ph
Smaller Sensitivity of Precipitation to Surface Temperature under Massive Atmospheres
降水及其对强迫的响应是行星气候系统的一个重要方面。在这项研究中,我们研究了不同的大气质量的实验中的降水强度及其对地面变暖的响应,使用三个全球大气环流模式(GCMs)和一个区域云解析模式(CRM)。我们发现,当大气质量较大时,对于给定的地面温度,降水是较弱的。大气质量越大,降水量随地面温度升高的增加率越小。这些行为可以基于大气或表面能平衡来理解。大气质量影响瑞利散射、大气中的多次散射、压力展宽、直减率,从而影响降水强度。这些结果对早期地球、早期火星和有海洋的系外行星的气候和宜居性具有重要影响。
2022-09-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
Discussion on common errors in analyzing sea level accelerations, solar trends and global warming
本文讨论了应用回归模型和小波滤波器分析地球物理信号的误差:(1)年代际自然振荡(例如,准60年大西洋年代际振荡(AMO)、北大西洋振荡(NAO)和太平洋年代际振荡(PDO))需要加以考虑,以便适当量化纽约市等地的验潮仪记录中的异常加速度;(2)气候强迫函数之间的不确定性和多重共线性妨碍了仅在1900-2000年期间使用过载线性回归模型来正确评估太阳对20世纪全球地面温度变暖的贡献;(3)当周期性小波滤波器需要用反射方法预处理记录时,不恰当地应用于分解非平稳的太阳和气候时间序列,吉布斯边界文物出现产生误导的物理解释。通过纠正这些错误并使用优化的回归模型来减少多重共线性伪影,我发现了以下结果:(1)纽约市的海平面没有以惊人的方式加速,从2000年到2100年,可能增加约350 mm,而不是以前使用Sallenger等人提出的方法估计的从1130 mm到1550 mm的预测值(2012)和Boon(2012);(2)20世纪太阳活动的增加贡献了20世纪观测到的0.8 K全球变暖的约50%,而不是仅7-10%(IPCC,2007; Benestad和Schmidt,2009; Lean和Rind,2009)。这些发现强调了自然振荡和太阳对正确解释气候变化的重要性。
2013-05-13 physics.ao-ph physics.data-an physics.geo-ph
Modelling the long-term impacts of artificial warming on the Martian water cycle and surface ice distribution
Astera Institute(阿斯特拉研究所);University of Chicago(芝加哥大学);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室)
研究通过模型分析人工升温对火星水循环和冰分布的影响,指出升温后大气水蒸气增加,云反馈效应导致温度变化,但需更多数据支持可行性。
2026-03-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Changes in mesoscale convective system precipitation structures in response to a warming climate
本研究利用对流允许尺度模拟和MCS追踪算法,揭示气候变暖下美国中尺度对流系统频率、降水面积与强度增加,其中对流核心区增幅最大,其增强与大气不稳定性和水汽增加有关。
2024-06-14 physics.ao-ph
A Reanalysis of North Pacific Sea Surface Temperatures Using State-Space Techniques: The PDO In A New Light
北太平洋海表温度(SST),用于估计PDO,重新分析使用状态空间分解和子空间识别技术。再分析显示了这一区域非常不同的SST图像。第一个共同趋势反映了全球变暖的信号。第二个共同的趋势改变了这一点,因为这些地区从20世纪70年代初开始经历了更剧烈的变暖(冷却)。这一趋势也与热带和北极海冰范围的动态有关。第三个共同趋势是压力中心的变化与长期全球变暖信号的叠加。第四个共同趋势是包含在原始PDO序列中的趋势,如果用状态空间技术分析,则与北太平洋高压的趋势相同。前两个常见的随机周期捕获原始PDO和所谓的“维多利亚模式”,表明这些序列由平稳行为主导。
2012-04-11 physics.ao-ph stat.AP
DiuSST: A conceptual model of diurnal warm layers for idealized atmospheric simulations with interactive SST
针对现有平板海洋模型无法捕捉日海表增温风依赖性的问题,提出显式深度分辨的上层海洋温度动力学模型DiuSST,经贝叶斯校准后性能与精细参数化模型相当,可作为理想化大气模拟的交互式边界条件。
2024-06-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
ACE2: Accurately learning subseasonal to decadal atmospheric variability and forced responses
Allen Institute for Artificial Intelligence (Ai2)(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)
提出 450M 参数自回归机器学习模拟器 ACE2,以 6 小时和 1° 分辨率重现过去 80 年天至年代际大气变率及对 El Niño 等的强迫响应,揭示其在涌现现象与趋势模拟上的能力及部分敏感性局限。
2024-11-18 cs.LG physics.ao-ph
Temporal changes of near-surface air temperature in Poland for 1781-2016 and in Tbilisi (Georgia) for 1881-2016
分析了波兰1781-2016年和第比利斯(格鲁吉亚)1881-2016年的近地表气温T。我们表明,在波兰和第比利斯的百年变暖效应几乎有相同的特点。1881-2016年,在波兰和第比利斯观察到的平均百年变暖效应deltaT =(1.08+/-0.29)C。冬季的变暖效应(Δ T = ~1.15 C)大于其他季节(这些季节的平均变暖效应Δ T = ~0.95 C)。我们发现百年变暖主要与太阳活动的变化有关(根据太阳黑子数(SSN)和太阳总辐照度(TSI)估算);特别是,大约70年的时间间隔(1890-1960),当11年平滑SSN与T、TSI与T的相关系数较高时,波兰的r = 0.66+/-0.07和r = 0.73+/-0.07,第比利斯的r = 0.82+/-0.05和r = 0.90+/-0.05;在此期间,太阳活动对全球变暖起决定性作用。根据波兰1781-1880年期间的温度T数据,我们表明全球变暖效应等于零,当时人类活动相对少于1881-2016年。在1885-1980年的温度变化中,我们发现了一些微弱的~20+/-3年的扰动,很可能与太阳磁周期的波动有关。我们区分的波动~7-8年在波兰的T数据,可能与当地的影响北大西洋涛动。
2021-04-23 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Smaller desert dust cooling effect estimated from analysis of dust size and abundance
沙漠尘埃气溶胶通过与辐射的直接交互作用以及与云和生态系统的简介交互作用影响地球的全球能量平衡。但是这些影响的程度是如此不确定,以至于仍然不清楚大气尘埃对全球气候的净变暖或冷却效应。因此,仍然不能确定过去一个世纪大气粉尘负荷的巨大变化是否减缓或加速了人为气候变化,或者未来粉尘负荷的潜在变化将产生什么影响。在这里,我们提出了一个尘埃气溶胶的大小和丰度的分析,以限制尘埃的直接辐射效应。使用观测数据的尘埃丰度,在现场测量的尘埃光学特性和尺寸分布,气候和大气化学传输模型模拟的尘埃寿命,我们发现,在大气中发现的尘埃是大大粗糙比目前的全球气候模型。由于粗尘使气候变暖,全球沙尘直接辐射效应可能比当前全球气溶胶模式集合中的模式估计的~-0.4 W/m2要小。相反,我们将尘埃的直接辐射效应限制在-0.48和+0.20 W/m2之间,其中包括尘埃导致地球净变暖的可能性。
2017-10-20 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
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
Zonally opposing shifts of the intertropical convergence zone in response to climate change
未来气候变化引起的热带辐合带合带(ITCZ)位置的变化具有重要意义,因为它们可能会显著改变热带和亚热带的降水模式。虽然模型预测ITCZ在21世纪的未来缩小,以应对气候变暖,不确定性仍然很大,其未来的位置,与大多数过去的工作集中在纬向平均ITCZ的变化。在这里,我们使用的预测从27个国家的最先进的气候模式(CMIP 6)调查未来的变化ITCZ位置作为经度和季节的函数,在应对气候变暖。我们记录了一个强有力的纬向相反的响应ITCZ,向北移动到非洲东部和印度洋,并向南移动到东太平洋和大西洋,到2100年,为SSP 3 -7.0情景。使用一个二维的能量学框架,我们发现,揭示ITCZ响应是一致的,未来的变化在不同的大气能量输送在热带地区,和部门平均移动的能量通量赤道(EFE)。EFE的变化似乎是两个部门的半球大气加热的纬向相对不平衡的结果,包括欧亚大陆上空的大气加热和南大洋上空的冷却,这与北大西洋上空的大气冷却形成对比,这是由于模型预测的大西洋纬向翻转环流的减弱。
2020-07-01 physics.ao-ph physics.geo-ph
Satellite-Based Quantification of Contrail Radiative Forcing over Europe: A Two-Week Analysis of Aviation-Induced Climate Effects
本研究利用MSG卫星图像量化欧洲两周内航迹云的辐射强迫,发现夜间航迹云导致净增温,且2024年航迹云覆盖率和辐射强迫较2023年显著上升,强调时间因素在评估增温影响中的重要性。
2024-11-07 physics.ao-ph
Major Contribution of Halogenated Greenhouse Gases to Global Surface Temperature Change
本文旨在更好地理解为什么在2000-2015年全球变暖暂停,以及为什么近年来全球平均地面温度(GMST)再次上升。利用全球平流层下部温度(GLST)、对流层-平流层温度气候学、全球陆面气温、GMST、海冰范围(SIE)和积雪范围(SCE)的大量时间序列观测数据,结合GLST和GMST的模式计算,进行了统计分析。观测和分析结果表明,自20世纪90年代中期以来,GLST/SCE一直保持稳定,在过去的25年中没有显着变化。在高纬度地区观测到平流层上部变暖,自2000年代中期以来,随着自然影响的消除,全球最低气温或全球陆地表面气温已达到一个稳定水平。与此形成鲜明对比的是,观测到了极地(特别是俄罗斯和阿拉斯加)海岸的持续剧烈变暖,海冰损失变暖放大机制很好地解释了这一现象。用卤化温室气体(GHGs)无参数量子物理变暖模型计算的GMSTs与去除自然厄尔尼诺南方涛动(ENSO)和火山影响后的观测GMSTs吻合得很好。这些结果为人为卤代温室气体的主导增暖机制提供了强有力的证据。研究结果还要求对当前气候模式中的假设进行更仔细的审查。
2022-09-04 physics.ao-ph physics.geo-ph
Disentangling North Atlantic ocean-atmosphere coupling using circulation analogues
本研究提出一种热通量分解方法,用于解耦北大西洋海气相互作用,识别海洋强迫模态,并揭示湾流对大气环流响应年代际海洋变率的关键作用。
2023-10-16 physics.ao-ph
Hierarchical Testing of a Hybrid Machine Learning-Physics Global Atmosphere Model
Pacific Northwest National Laboratory(太平洋西北国家实验室);Ocean University of China(中国海洋大学);Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院大气物理研究所)
本文通过分层测试评估了混合机器学习-物理全球大气模型NeuralGCM在不同时间尺度和非分布强迫下的性能,揭示了其在天气尺度和年际变率上的表现及存在的偏倚问题。
2026-02-11 cs.LG physics.ao-ph physics.geo-ph
Long-memory effects in linear-response models of Earth's temperature and implications for future global warming
本文提出了一个全球温度的线性化能量平衡模式,该模式具有无标度长程记忆(LRM)响应和随机强迫,反映了大气天气系统对海洋热库的影响。该模型由有效响应强度、随机强迫强度和记忆指数参数化。全球地面温度的仪器记录和强迫的确定性分量被用来估计这些参数的最大似然方法。通过从观测记录中减去确定性解得到的残差被分析为噪声过程,并被证明与长记忆时间序列模型一致,与短记忆模型不一致。通过将强迫记录分解为太阳、火山和人类活动的贡献,我们可以估计每一种活动对20世纪全球变暖的贡献。利用LRM模式重建了近千年的强迫场,预测了北半球温度重建的大尺度特征,残差分析也明显支持LRM模式在千年时间尺度上的预测。强迫的分解表明,火山气溶胶在小冰期的冷却比太阳活动的蒙德极小期相关的太阳辐照度的减少作出了相当大的贡献。LRM模式意味着与IPCC AR4预测一致的瞬态气候响应,但在较长时间尺度上的更强响应表明,用时间尺度依赖的敏感性取代平衡气候敏感性的概念。
2013-05-22 physics.ao-ph physics.geo-ph
Abrupt and persistent atmospheric circulation changes in the North Atlantic under La Niña conditions
本文分析1959–2022年19个北大西洋涛动突转并持续负位相的事件,指出La Niña与上游气旋可触发异常,并通过对流层—平流层耦合和涡旋反馈维持其持续性。
2024-01-25 physics.ao-ph
Analysis, Characterization, Prediction and Attribution of Extreme Atmospheric Events with Machine Learning: a Review
Universidad de Alcalá(阿尔卡拉大学);Universidad Politécnica de Madrid(马德里理工大学);Politecnico di Milano(米兰理工大学);TECNALIA(TECNALIA研究院);University of the Basque Country (UPV/EHU)(巴斯克大学);Universidad Rey Juan Carlos (URJC)(胡安卡洛斯国王大学);Deutsches Klimarechenzentrum GmbH(德国气候计算中心有限公司);Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)(西班牙国家研究委员会-马德里康普顿斯大学地球科学研究所)
大气极端事件对人类社会和生态系统造成了严重的危害。在当前气候变化和全球变暖的风险下,EE和其他相关事件的频率和强度正在增加。因此,准确的预测,表征和大气EEs的属性是一个关键的研究领域,其中许多小组目前正在通过应用不同的方法和计算工具。机器学习(ML)方法在过去几年中已经出现,作为解决与大气EE相关的许多问题的强大技术。本文综述了ML算法应用于分析,表征,预测和最重要的大气EEs的属性。最常用的ML技术在这一领域的总结,并提供了一个全面的关键审查的文学ML EE。一些例子进行了讨论,并在该领域的观点和展望。
2022-06-03 cs.LG cs.NE physics.ao-ph
The forgotten role of wave dynamics in modulating the low cloud response to warm pool warming
University of Illinois Urbana Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Scripps Institution of Oceanography(斯克里普斯海洋研究所);Department of Earth Sciences and Environmental Change, University of Illinois Urbana Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校地球科学与环境变化系);Department of Oceanography, School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), University of Hawai‘i at Mānoa(夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院海洋学系);International Pacific Research Center (IPRC), SOEST, University of Hawai‘i at Mānoa(夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院国际太平洋研究中心)
研究揭示罗斯贝波主导热带东太平洋低云层云量变化,尽管全球辐射响应为负,但主要受深热带影响而非亚热带低云层。
2026-03-25 physics.ao-ph
Extreme events in a polar warming scenario--a laboratory perspective
我们报告了一组实验室实验,研究北极变暖对中纬度急流的振幅和漂移速度的影响。结果表明,纬向温差的逐渐减小1)减缓了急流的东向传播,2)使急流结构复杂化,3)增加了极端事件的发生频率。极端事件和温度变率显示出一个明确的趋势,北极变暖只在纬度的急流的影响,而这种趋势逆转的赤道地区以南的副热带急流。尽管在实验室模型中缺少海陆对比,但我们在实验数据和国家环境预测中心(NCEP)再分析数据中发现了相似的温度变率和极端事件趋势。此外,我们的数据定性地证实了由于纬向温度梯度减弱(最近基于代理数据提出)而导致的温度变率降低。概率分布对温度梯度变化的敏感性较弱,这可以用最近使用准地转模式的研究结果来解释。
2021-08-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Comment on "The Tropospheric Land-Sea Warming Contrast as the Driver of Tropical Sea Level Pressure Changes" by Bayr and Dommenget
本文修正 Bayr 和 Dommenget 的等压高度模型,引入等压与等温双高度参数,并依据观测指出热带 $p_s$ 与 $T_a$ 变化主要受经向差异而非海陆对比控制。
2014-09-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn