Wake response to an ocean-feedback mechanism: Madeira Island case study
讨论的重点是尾流事件的数值研究。天气研究和预报模型是以缩小尺度的方式使用的。目前的文献主要讨论大气尾迹的绝热动力学。山的高度变化,从而对它与大气逆温层的关系应该解释的转变后,制度:从“强尾流”到“弱尾流”的情况。然而,SST变率的变化也可以引起类似的制度转变。蒸发的增加有助于增加对流,从而使分层大气层上升到临界高度以上,随后出现重力内波活动。
2012-02-27 physics.ao-ph
DLESyM-Ocean: A Deep Learning Probabilistic Global Model for Simulating Present-Day Upper Ocean and Sea Ice
NVIDIA(英伟达)
研究人员提出深度学习地球系统模型DLESyM-Ocean,采用patch能量评分损失训练,可模拟当前全球海冰与上层海洋,经多案例验证具稳定性与技巧性,计算效率高,有望用于次季节到季节预报。
2026-08-13 physics.ao-ph
Oceanic influence on Large-Scale Atmospheric Convection during co-occurring La Nina and IOD events
本研究针对2022年拉尼娜与负IOD共存时的ISMR异常格局,揭示了海洋次表层动力学通过开尔文波、罗斯贝波调控风辐合与海温,进而影响热带大尺度大气对流的机制,为季风变率预测提供了新视角。
2024-04-18 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
Ocean-atmosphere interaction at the Gulf Stream sea surface temperature front: variability and impacts on midlatitude atmospheric circulation
PhD course in ”Science and Management of Climate Change”(气候变化的科学与管理博士课程)
本文通过ERA5再分析和观测海温强迫的大气模拟,研究墨西哥湾流海表温度锋面(GSF)的年际移动对大气环流的影响,发现响应强烈依赖于模式分辨率(需<50km),并揭示了北大西洋涛动(NAO)与GSF在年代际尺度上的非平稳耦合机制。
2026-06-29 physics.ao-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
HClimRep-Ocean: A Global Ocean Emulator on an Unstructured Mesh
Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research(阿尔弗雷德·魏格纳亥姆霍兹极地与海洋研究中心);Forschungszentrum Jülich GmbH(于利希研究中心);Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院);European Center for Medium-Range Weather Forecasts(欧洲中期天气预报中心);University of Cologne(科隆大学);University of Bremen(不来梅大学)
HClimRep-Ocean提出一种在非结构化网格上运行的全球海洋模拟器,利用209年AWI-CM3训练数据,在30天海流预报中超越参考模型,并在OceanBench基准上取得最低RMSE,验证了原生网格方法的竞争力。
2026-09-29 cs.LG physics.ao-ph
Ocean Wind Wave Climate Responses to Wintertime North Atlantic Atmospheric Transient Eddies and Low Frequency Flow
研究了1980 - 2016年北大西洋冬季大气瞬变涡旋和低频流对海洋表面波气候的贡献。我们进行了一组数值模拟与一个国家的最先进的谱波模式Wavewatch III强迫分解风场来自ERA-Interim再分析(0.7°水平分辨率)。天气尺度过程(2-10天的带通风)被认为对沿北美和格陵兰岛西部海岸的中纬度北大西洋西部的风浪的形成有最大的影响。北大西洋东部被认为是由低频强迫(>10天带通风)的组合贡献高达60%,天气过程贡献高达30%的平均波高的影响。中纬度风暴路径的变化被发现有一个直接的关系,波高变化的东部和西部边缘的北大西洋,特别是意味着在北美东海岸的气旋形成和波高异常之间的关联。利用波浪分析定义的波高状态的变化反映在其分布的出现异常中。结果突出的主导作用,在中纬度北大西洋东部的海洋表面波气候学的瞬变涡旋本地和通过关联与气旋形成在西部的盆地。这些结论提出和讨论,特别是在长期的风暴路径的变化,预计作为一个可能的应对气候变暖在未来的世纪。
2018-09-07 physics.ao-ph
Southern Ocean latent heat flux variability driven by oceanic meso- and submesoscale motions
Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego(斯克里普斯海洋学研究所,加州大学圣地亚哥分校)
本研究揭示南大洋潜热通量变异性由海洋中尺度和亚中尺度运动驱动,发现这些细尺度过程对大气响应有显著影响。
2026-02-17 physics.ao-ph
On a wave kinetic equation with resonance broadening in oceanography and atmospheric sciences
针对层化海洋流动中的三波动力学方程问题,采用不同于既有研究的共振展宽公式构建更适配海洋应用的模型,证明了该方程强解的全局存在性与唯一性。
2025-10-28 math-ph math.AP math.MP
GEA: a new finite volume-based open source code for the numerical simulation of atmospheric and ocean flows
我们介绍GEA(地球物理和环境应用),一个新的开源大气和海洋建模框架内的有限体积的C++库OpenFOAM。在这里,我们提出了一个非流体静力学大气模型的发展组成的一个基于压力的求解器,以保守的形式使用密度,动量和总能量作为变量的欧拉方程。我们验证求解器的两个理想化的测试情况下,涉及浮力驱动流:光滑和非光滑上升的热气泡。通过对文献中的数值数据进行定性和定量比较,我们表明我们的方法是准确的。
2023-03-18 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Slowing Climate Change and Ocean Acidification by Converting Atmospheric Carbon Dioxide to Graphite (CD2G)
本文提出将大气二氧化碳转化为石墨(CD2G)的方法,该技术不仅每去除1吨CO2可获约381美元净利润,还能通过降低可再生能源储存成本加速能源转型,从而同时实现盈利与减缓气候变化。
2025-04-05 econ.GN physics.ao-ph q-fin.EC
Routes to long-term atmospheric predictability in reduced-order coupled ocean-atmosphere systems -- Impact of the ocean basin boundary conditions
在一个新的基于2层准地转大气和1层简化重力准地转海洋的模块化高阶海洋-大气模式(MAOOAM)中,探讨了大气在短、长时间尺度上的可预报性,以及与海洋的耦合。这个版本的特点是一个新的洋盆几何形状与周期性边界条件的纬向方向。本文提出的分析认为,低阶版本的模型与40个动态变量。首先,当积分域的纬向和纬向方向的纵横比很小时,海洋的表面摩擦(以及相关的热通量)的增加可以引起混沌,或者当它很大时,可以抑制混沌。这反映了海洋在耦合动力学中可能发挥的反直觉作用。其次,也许更重要的是,大气中特定摩擦系数值的长期可预测性的出现是通过(长周期)不稳定周期解附近的间歇性漂移发生的。一旦接近该解决方案,系统在很长一段时间内(即几年内)是可预测的。然而,在这个轨道附近的间歇性过渡是不稳定的,可能很难预测。这种新的长期可预测性的路线相比,在封闭的海洋盆地低阶版本的MAOOAM,其中的混乱的解决方案是永久徘徊在一个不稳定的周期轨道附近的摩擦系数的特定值。因此,模型解在任何时候都受到不稳定周期轨道的影响,并继承其长期可预测性。
2019-07-14 nlin.CD physics.ao-ph
"Waterspout" as a result of the Ocean's Skeletal Structures and a Special Type of Atmospheric Aerosol Dusty Plasma
对从不同高度拍摄的各种类型的粗糙海面的海洋表面摄影图像数据库的分析揭示了海洋骨架结构的存在。我们做了一个应力的OSS的块的现象,在垂直取向的浮柱(VFC)的形式,因为在这里,我们建议的假设,VFC是一个刺激器的初始阶段的“水龙卷”现象(WS)。VFC的微细结构分析表明,OSS是每一个WS初始阶段主要电动力学性质的载体/来源,这意味着WS的主体可以解释为一种特殊类型的大气气溶胶尘埃等离子体。在这样一个框架中,WS被认为是长寿命的细丝,在云和海洋表面之间的电击穿过程中,在存在电场和磁场的情况下,在放电中形成。在这种情况下,带电的水气溶胶(在非常强大的电场存在下通过VFC的毛细管形成)可能是由于静电力的影响而向上提升到云中的微粒的模拟物。与这样一个毛细静电模型WS,它似乎可以解释许多影响WS。我们提出了一个假设WS的动力学和一个可能的情况下,它的过渡到经典的龙卷风。
2004-03-10 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Intrinsic oceanic decadal variability of upper-ocean heat content
大气和海洋通过海气相互作用耦合。大气条件为海洋环流及其变化提供了燃料,但海洋过程在十年时间尺度上对大气的影响程度仍不清楚。特别是,这种低频变率很难从短期观测记录中提取,这意味着气候模式是解决这一问题的主要工具。在这里,我们评估如何海洋的内在变化导致模式的上层海洋热含量,在十年的时间尺度变化。这些模式有可能反馈到大气层,从而影响气候变化模式,如厄尔尼诺或太平洋年代际振荡。我们使用的输出从全球海洋-海冰环流模式在三个不同的水平分辨率,每个驱动相同的大气再分析。为了解开海洋对大气强迫的直接响应的变化性,由于内在的海洋动力学的变化性,我们比较了年际变化强迫(1958-2018年)驱动的模型运行和重复年强迫驱动的模型运行。依赖于涡旋参数化的粗分辨率模型显示:(i)在十年时间尺度上,上层海洋热含量的方差显著降低;(ii)与高分辨率模型相比,低频变率的空间格局存在差异。气候预测通常使用具有粗分辨率海洋分量的大气环流模型进行。因此,这些偏差影响了我们预测十年气候变率模式的能力,反过来又阻碍了气候预测。我们的研究结果表明,为了改善气候预测,社会应该走向耦合气候模式更高的海洋分辨率。
2021-06-13 physics.ao-ph physics.geo-ph
Oceanic and atmospheric methane cycling in the cGENIE Earth system model
甲烷循环是地球系统的一个关键组成部分,它将行星气候、生物新陈代谢和碳、氧、硫和氢的全球生物地球化学循环联系起来。然而,目前缺乏的是一个数值模型,能够模拟海洋中甲烷可以产生和破坏的各种环境,并具有灵活性,不仅能够探索地球甲烷循环相对较新的扰动,而且能够探测甲烷循环和相关的气候影响,这些影响是地球历史上大部分时期的特征,可能广泛存在于其他类地行星上。在这里,我们提出了一个扩展的海洋-大气甲烷循环中的中间复杂的地球系统模型cGENIE,包括参数化的大气光化学和微生物产甲烷,好氧甲烷营养和甲烷的缺氧氧化计划。我们描述了模型框架,比较模型参数化对现代观测,并说明了模型的灵活性,通过一系列的例子模拟。虽然我们没有试图严格调整默认的模型参数,我们发现,模拟的大气甲烷水平和海洋溶解的甲烷分布与现代和近代地球的经验约束基本一致。最后,我们说明了该模型的实用性,在理解甲烷循环的时间依赖性的行为造成的瞬态碳注入到大气中,目前的模型合奏,研究海洋化学和微生物代谢的热力学对稳态大气甲烷丰度的影响。
2020-07-29 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Atmospheric evolution through outgassing and escape on young molten rocky exoplanets
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);Institute of Astronomy, University of Cambridge(剑桥大学天文学研究所);Atmospheric Oceanic and Planetary Physics, University of Oxford(牛津大学大气海洋与行星物理系);Netherlands eScience Center(荷兰电子科学中心);Interuniversity Micro Electronics Centre(大学微电子中心);Space Research Organisation Netherlands(荷兰太空研究组织)
研究年轻熔融岩石系外行星大气演化,扩展耦合模型并纳入能量限制逃逸模块,探讨多因素对其影响,估计大气损失与成分,揭示大气逃逸、能量传输等对演化的作用及不同条件下的多样演化路径。
2026-07-17 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Low-frequency variability and heat transport in a low-order nonlinear coupled ocean-atmosphere model
我们制定和研究的低阶非线性耦合海洋-大气模式的辐射和热通量的影响和摩擦耦合的两个组件之间的重点。该模型版本通过增加海洋中温度被动平流的动力学方程以及能量平衡模型,扩展了以前的24变量版本。模型的分岔分析和数值积分揭示了低频变率(LFV)的存在,集中在一个长周期,吸引轨道附近。这种轨道结合了大气和海洋模式,它产生的辐射输入和摩擦耦合的大值的纬向梯度。当它失去稳定性时,混沌行为在这个轨道周围发展;这种行为在十年和多十年时间尺度上仍然由LFV主导,这是典型的海洋过程。大气诊断还揭示了主要的低压和高压区的存在,以及一个亚热带急流;这些功能回忆现实的气候学特性的海洋大气。最后,进行了可预测性分析。一旦十年尺度的周期性轨道发展,耦合系统的短期不稳定性-由其李雅普诺夫指数测量-急剧减少,表明海洋对大气动力学的稳定作用。在十年时间尺度上,在与慢模式相关的不变子空间的某个区域中的解的复发显示出一些扩展的可预测性,这反映在大气变量的误差的振荡行为中。
2015-08-27 nlin.CD physics.ao-ph
On Tsunami Waves induced by Atmospheric Pressure Shock Waves after the 2022 Hunga Tonga-Hunga Ha'apai Volcano Eruption
本研究利用线性浅水方程模型模拟2022年洪加汤加火山喷发引发的大气压力冲击波海啸,验证了锁定波与自由波共存,并揭示深汤加海沟通过Proudman共振放大尾随波。
2022-08-29 physics.ao-ph physics.geo-ph
Coupled Seasonal Data Assimilation of Sea Ice, Ocean, and Atmospheric Dynamics over the Last Millennium
University of Washington(华盛顿大学)
该研究利用在线数据同化结合耦合线性逆模型与代用记录,生成过去千年季节分辨率再分析数据,在地表温度重建中实现最高相关技巧,并有效捕捉厄尔尼诺事件季节演变。
2026-10-06 physics.ao-ph physics.data-an
Global Cascade of Kinetic Energy in the Ocean and the Atmospheric Imprint
本文首次估算全球海洋动能跨尺度转移,发现中尺度上尺度转移峰值达300吉瓦,并揭示其自相似季节循环及能量沉积规律。
2023-11-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Deep sea floor observations of typhoon driven enhanced ocean turbulence
大规模大气扰动对深海底栖生物群落的影响在数量上并不十分清楚。观测很少,但可能揭示导致湍流扰动的具体过程。在这里,我们提出了高分辨率的深海观测研究潜在的湍流混合大的大气扰动。我们在海底部署了一组100 Hz采样率地球物理宽带海底地震仪(OBS)。在这个阵列的足迹内,我们还部署了一个海洋学1 Hz采样率垂直温度传感器串,覆盖了2017年6月至2018年4月期间台湾东部约3000米深度海底以上7至207米之间的水相。所有仪器都记录了4级气旋台风Talims在阵列东北方向通过,比气旋最接近的时间提前一天,当时气旋眼距离超过1,000公里。10天内,温度中出现了一组最明显的近惯性运动。这反映了正压响应对气旋的重要性和惯性重力波在弱密度层结中的传播。除了内潮,这些波驱动湍流倾覆大于200米,同时注册的OBS。湍流信号既不是由于地震活动,也不是由于海洋表面波作用。气旋不仅可以产生微震和地球嗡嗡声,还可以在水柱中产生湍流,产生额外的地面运动。量化湍流过程可能有助于限制沉积物再悬浮及其对深海底栖生物影响的模型。
2020-04-03 physics.ao-ph
ACE2-SOM: Coupling an ML atmospheric emulator to a slab ocean and learning the sensitivity of climate to changed CO$_2$
本文将Ai2气候仿真器第2版与平板海洋模型耦合为ACE2-SOM,训练其学习气候对CO₂变化的敏感性,在平衡态推断中准确再现温度、降水及极端事件响应,并揭示非平衡态情景下能量不守恒等问题。
2024-12-30 physics.ao-ph
Removing Atmospheric Carbon Dioxide Using Large Land Or Ocean Areas Will Change Earth Albedo And Force Climate
本研究发现增强岩石风化和海洋二氧化碳去除这两种碳移除手段引发的地表反照率改变,其辐射强迫效应在数十年内易超过碳减排本身的气候效应,指出了相关气候影响问题。
2025-01-15 physics.ao-ph physics.geo-ph physics.soc-ph
A data-driven global ocean forecasting model with sub-daily and eddy-resolving resolution
本文提出全球数据驱动海洋预报模型 TianHai,以6小时、1/12°涡旋分辨分辨率和1,500米垂直深度实现全数据驱动海气耦合预报,并在1至10天多变量基准中达到最先进性能。
2025-09-26 physics.ao-ph
The Impact of a Reduced High-wind Charnock Parameter on Wave Growth With Application to the North Sea, the Norwegian Sea and the Arctic Ocean
随着大气模式向更高的分辨率和更小的尺度发展,最大模拟风速也趋于增加。调整到粗糙风场的波浪模型往往会高估强风下的波浪增长。最近开发的半经验参数化的Charnock参数,它控制的粗糙度长度超过表面波,大大减少了空气动力阻力波在大风(高于30米/秒的阈值)。在这里,我们将该公式应用于最新版本的波浪模型WAM(周期4.7),该模型使用Ardhuin等人(2010)的物理参数化的修改版本以及子网格障碍物,以在复杂地形周围获得更好的性能。新的Charnock配方测试风强迫NORA 3,最近完成的全球再分析ERA 5北海,挪威海和巴伦支海的非流体静力大气降尺度。这种高分辨率的大气模式集成往往有更强的(和更现实的)上百分位数的风比通常在粗糙的大气模式。两年(2011-2012年)对照运行与修改后的Charnock参数运行的比较显示,在大风情况下,波高偏差显著降低。与早期的WAM物理相比,新物理增加的计算成本和Charnock参数的减少是适度的(14%)。一个较长的(1998年至2020年)后报集成与新的Charnock参数被发现比较以及对现场和高度计波测量的中间和高海况。
2022-03-14 physics.ao-ph
Leveraging an Atmospheric Foundational Model for Subregional Sea Surface Temperature Forecasting
Centro de Tecnologías de la Imagen (CTIM)(图像技术中心);Instituto Universitario de Cibernética, Empresas y Sociedad (IUCES)(网络、企业与社会大学研究所);University of Las Palmas de Gran Canaria, Spain(大加那利岛大学);Oceanografía Física y Geofísica Aplicada (OFYGA)(应用物理海洋学与地球物理研究所);Instituto Universitario de Investigación en Acuicultura Sostenible y Ecosistemas Marinos (ECOAQUA)(可持续水产养殖与海洋生态系统大学研究所)
本研究将大气预训练基础模型Aurora适配用于加那利上升流系统的海表面温度预测,通过分阶段微调等方法实现了高精度预测,验证了跨领域预训练模型在海洋预测中的可行性。
2025-10-29 cs.AI cs.LG physics.ao-ph
Deepening of the ocean mixed layer at the northern Patagonian continental shelf: a numerical study
在巴塔哥尼亚大陆架的一个选定地点,对海洋混合层可能加深的情况进行了调查,估计那里有明显的正风速趋势。利用NCEP/NCAR I再分析大气资料和TPXO 7.2全球模式分潮强迫的一维垂直数值模式(S2 P3)进行长期(1979-2011年)模拟,发现混合层厚度呈现10.1 +/- 1.4 cm/yr的显著正趋势。为了评估本研究中考虑的不同大气变量(地面纬向风和纬向风分量、气温、气压、比湿度和云覆盖率)的影响,进行了几次数值试验。结果发现,在巴塔哥尼亚大陆架的选定位置,风速的增加可以被认为是海洋混合层加深的主要原因。混合层厚度的可能增加可能直接影响海面温度。本文获得的初步结果表明,自几十年前以来,在巴塔哥尼亚北部大陆架水域,海洋上层温度可能会发生轻微但显著的冷却(每50年约1 ℃)。
2014-05-06 physics.ao-ph physics.geo-ph
Multistability in a Coupled Ocean-Atmosphere Reduced Order Model: Non-linear Temperature Equations
在一个降阶的海气耦合模式中,数值求解非线性温度方程时,发现海气流动存在多稳定性。在本文中,我们解释了如何充分的非线性Stefan-Bolzmann定律的数值实现,以及由此产生的变化,系统动力学相比,这些条款被线性化的原始模型。多个稳定的解决方案,显示不同的海洋大气流动,以及不同的李雅普诺夫稳定性。此外,在稳定吸引子中观察到明显的低频变率(LFV)行为。我们研究了改变海洋-大气耦合的大小对这些解决方案的影响,以及大气发射率来模拟日益增加的温室效应。在固定参数存在多稳定性的情况下,研究了解决方案之间倾斜的可能性,但倾斜没有发生在这个版本的模型中,其中有一个恒定的太阳强迫。这项研究是使用降阶准地转海洋大气模型,包括两个大气层,一个海洋层,在Python编程语言实现。
2023-01-12 math.DS nlin.CD physics.ao-ph
Exploring the Lyapunov instability properties of high-dimensional atmospheric and climate models
通过计算中阶气候模式的李雅普诺夫指数,研究了中阶模式的稳定性。考虑的两个模式是CAXA(便携式大学大气模式),一个连续方程简单的大气环流模式,和MAOOAM(模块化的高阶海洋-大气模式),准地转耦合海洋-大气模式的β平面。我们希望调查的影响,不同层次的过滤的不稳定性和动力学的大气流动。此外,我们评估了海洋耦合,耗散方案和分辨率对LE谱的影响。计算了两个不同数值的牛顿强迫的对角温度梯度下的李雅普诺夫谱。梯度的增加导致更高的斜压性和更强的不稳定性,对应于更大的维数的不稳定流形和更大的第一LE。有限时间李雅普诺夫指数(FTLEs)的大偏差律的速率泛函的收敛速度对于所有指数都是快的,这可以解释为在这样的模式中没有明确的大气时间尺度分离。MAOOAM光谱表明,占主导地位的大气不稳定性是正确的,即使在低分辨率。然而,中央流形的动力学,这是主要与海洋动力学,没有完全解决,因为它相关的长时间尺度,即使在中间的订单。本文强调需要调查的自然变率的大气-海洋耦合动力学的增长和衰减的扰动的物理模式描述的协变李雅普诺夫向量的形式主义,并考虑长期的整合,以解开发生在所有时间尺度上的动力学过程。
2018-06-06 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Formulation and evaluation of ocean dynamics problems as optimization problems for quantum annealing machines
Faculty of Environmental Earth Science, Hokkaido University(北海道大学环境地球科学学院);JAMSTEC(日本海洋研究开发机构)
本文通过量子退火和模拟退火解决经典Stommel问题,展示退火方法在海洋动力学中的潜力,但指出量子退火机的硬件限制影响问题规模。
2024-05-20 physics.ao-ph quant-ph
Towards a Unified Data-Driven Boundary Layer Momentum Flux Parameterization for Ocean and Atmosphere
本文提出一种用于海洋与大气对流边界层的统一数据驱动湍流动量通量参数化方法,利用粗粒化大涡模拟数据训练人工神经网络预测次网格动量通量剖面,在单柱大气模型中在线测试误差降低2-3倍且泛化稳健,展现了机器学习构建跨系统物理一致参数化的潜力。
2025-11-03 physics.ao-ph
Sea Surface Roughness Dependence on Ocean Wave Parameters through Large Eddy Simulation with Local Subfilter Wave Drag
Princeton University(普林斯顿大学)
开发局部尺度不变的子滤波波浪阻力模型,通过大涡模拟研究波浪参数(有效波高、谱峰频率)对动量通量的非单调影响,揭示海气动量交换需同时考虑风和波浪效应。
2026-11-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
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
Asymmetric response of the North Atlantic gyres to the North Atlantic Oscillation
本研究通过正压涡度收支分析海洋-海冰模拟,发现北大西洋涛动强迫下副热带和副极地环流呈现不对称响应,揭示了风应力、底压扭矩及非线性平流等动力过程在其中的不同作用。
2025-06-02 physics.ao-ph
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
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
An Artificial Neural Network Algorithm to Retrieve Chlorophyll a for Northwest European Shelf Seas from Top of Atmosphere Ocean Colour Reflectance
由于非藻类物质对大气校正和标准Chl算法性能的影响,水色遥感反演相对浑浊的沿岸水的Chl存在问题。人工神经网络(NN)提供了一种替代方法,从空间和结果检索在西北欧陆架海在2002 - 2020年期间的叶绿素。NN在15个MODIS-Aqua可见光和红外波段上工作,并使用大气层底部(BOA)、大气层顶部(TOA)和瑞利校正TOA反射率(RC)进行测试。在每种情况下,与该地区使用的当前最先进的算法相比,由3层15个神经元组成的NN架构提高了性能和数据可用性。在TOA反射率上操作的NN优于BOA和RC版本。通过对TOA反射率数据的处理,神经网络方法克服了沿岸水大气校正中常见但困难的问题。此外,NN提供了其他算法经常因浑浊的水或低天顶角旗帜而掩盖的区域的数据。NN方法的一个显着特点是生成相关产品的不确定性的训练数据集的基础上产生的值为每个像素的分布的多个resception,并示出了一个例子,在北海的沿海时间序列。NN方法的最终输出包括基于每个像素的中位数的最佳估计图像和基于每个像素的标准差表示不确定性的第二图像,提供最终产品中的不确定性的像素特定估计。
2022-05-17 physics.ao-ph
An eddifying Stommel model: Fast eddy effects in a two-box ocean
建立了描述双箱海洋热盐含量的随机微分方程系统。在热和盐含量和箱之间的温盐环流的变化是由快速高斯大气强迫和海洋固有的,涡驱动的变化。缓慢动力学的涡动强迫采取有色的非高斯噪声的形式。这种非高斯性的定性效果进行了研究,通过比较两个近似模型:一个只包括平均涡流效应(“平均模型”),一个包括一个额外的高斯白噪声近似的涡流效应(“高斯模型”)。这两个近似模型都是使用快速平均和均匀化方法导出的。在动力学具有单一稳定平衡的参数区域中,平均模型的可变性太小。高斯模型具有准确的二阶顺序统计量,但不正确的倾斜和罕见事件概率。在动力学具有两个稳定平衡的参数区域中,涡流噪声比大气噪声小小于得多。平均模型、高斯模型和非高斯模型都具有相似的平稳分布,但平均模型和高斯模型的平衡点之间的跳跃率太小。
2017-10-05 math.DS 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
Transition from eyeball to snowball driven by sea-ice drift on tidally locked terrestrial planets
潮汐锁定的低质量恒星周围的类地行星是未来潜在可居住系统的大气特征的主要目标,特别是附近的三个-Proxima b,TRAPPIST-1 e和LHS 1140 b。以前的研究表明,如果这些行星表面有海洋,它们将处于类似眼球的气候状态:在亚恒星点附近没有冰,其余区域被冰覆盖。然而,气候系统的一个重要组成部分--海冰动力学在以往的研究中没有得到很好的研究。一个基本的问题是:面对全球冰雪覆盖的雪球状态,开放的海洋是否稳定?在这里,我们表明,海冰漂流冷却海洋表面时,冰流动到温暖的亚恒星区域,并通过吸收海洋和覆盖空气的热量融化。结果,当大气中的温室气体并不比地球上丰富得多时,开阔的海洋就会缩小,甚至会消失,使地球变成一个雪球状态。这发生在同步旋转和自旋轨道共振(如3到2)。这些结果表明,海冰漂移强烈地减少了开放的海洋面积,并可能显着影响潮汐锁定行星的可居住性。
2019-12-24 astro-ph.EP physics.ao-ph
Skillful Global Ocean Emulation and the Role of Correlation-Aware Loss
CIRES, University of Colorado, Boulder, CO, USA(大气科学研究所,科罗拉多大学,伯尔尼,科罗拉多州,美国);NOAA Physical Sciences Laboratory, Boulder, CO, USA(国家海洋和大气管理局物理科学实验室,伯尔尼,科罗拉多州,美国)
本文提出一种专为海洋设计的模拟器,利用相关意识损失提升预测能力,通过空间相关性分析改进全球海洋动力学的背景预测。
2026-04-20 cs.AI nlin.CD physics.ao-ph
Two-dimensional structure functions to characterize convective rolls in the marine atmospheric boundary layer from Sentinel-1 SAR images
我们研究的海洋合成孔径雷达图像的海洋大气边界层对流卷的形状。我们提出了一个多尺度分析与结构功能,允许一个简单的概括分析高阶统计量,以便精细地描述辊的形状。两个主要结果是:2)高阶统计量可以用偏度和平坦度来研究,偏度和平坦度分别表征轧辊的非对称性和不对称性。据我们所知,这是第一次从海洋表面的雷达图像中显示出滚动的不对称性和不对称性。
2022-03-04 cs.IT eess.SP math.IT
Conservation laws for potential vorticity in a salty ocean or cloudy atmosphere
位渦守恒是大气和海洋科学中最重要的守恒定律之一。最初的推导大约有一个世纪的历史,在Rossby和Ertel的工作中,它与著名的开尔文和Bjerknes循环定理有关。然而,这些定律适用于理想化的流体,并且扩展到更现实的场景是有问题的。在这里,这些定律被扩展到其他基本的复杂性,包括海洋中的盐度,或大气中的水分和云。在没有这些额外的复杂性的情况下,已知的是,位渦在每个流体块之后是守恒的;在这里,对于含盐海洋或多云大气,一般守恒量是在某些饼状体积上积分的位渦。此外,守恒定律也与拉格朗日量中的对称性有关,这与物理学其他领域中的守恒关系有关。
2022-06-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
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
The Modular Arbitrary-Order Ocean-Atmosphere Model: MAOOAM v1.0
本文描述了一个降阶准地转耦合海气模式,允许任意数量的大气和海洋模式被保留在谱分解。这种新模型的模块化允许人们容易地修改模型物理。使用这个新的模型,创造了“模块化的高阶海洋-大气模型”(MAOOAM),我们分析了模型动力学的光谱扩展的截断水平的依赖性,并通过与高分辨率配置的比较,揭示了可能存在于低分辨率下的虚假行为。特别是,我们评估的鲁棒性的耦合低频变化时,模式的数量增加。一个“最佳”的配置,提出了海洋分辨率是足够高的,而模式的总数是足够小,以允许一个听话的和广泛的分析的动态。
2017-12-18 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Redox hysteresis of super-Earth exoplanets from magma ocean circulation
内部氧化还原反应可能会不可逆转地改变地幔成分和地球和超级地球系外行星的挥发性库存,并影响大气观测的前景。然而,这些机制的全球效力取决于还原铁从熔融硅酸盐地幔向金属核的转移。标度分析表明,亚海王星内部岩浆海洋的湍流扩散可以动力学夹带液态铁液滴和淬火核心的形成。这表明,核,地幔和大气之间的化学平衡可能是积极的限制在岩浆流的对流翻转。因此,熔融的超级地球可能保留了其吸积路径的成分记忆。岩浆海洋环流对氧化还原的控制与行星热流、内部重力和行星大小呈正相关。因此,大气剥离的系外行星的存在和物种形成,表面矿物学和核心质量分数可能会限制岩浆海洋动力学。
2021-05-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Data-driven ensemble prediction of the global ocean
Artificial Intelligence Innovation and Incubation Institute(人工智能创新与孵化院);Fudan University(复旦大学);Shanghai Innovation Institute(上海创新研究院);Department of Atmospheric and Oceanic Sciences(大气科学与海洋科学系);Shanghai Academy of Artificial Intelligence for Science(上海人工智能科学研究院);FuXi Intelligent Computing Technology Co., Ltd.(复西智能计算技术有限公司)
本文提出FuXi-ONS系统,通过学习物理结构扰动和大气编码模块,实现全球海洋5天预报,提升概率预测质量并加快预测速度。
2026-03-20 cs.AI physics.ao-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
Stochastic parameterization of subgrid-scale processes in coupled ocean-atmosphere systems: Benefits and limitations of response theory
基于Ruelle响应理论并在Wouters和Lucarini [2012]中提出的随机次网格尺度参数化在低阶耦合海洋-大气模式的背景下进行了测试,其中一部分大气模式被认为是未解决的。一个自然的相空间分离成一个不变的集合和它的补充允许的分析推导的不同条款中涉及的参数化,即平均值,波动和长记忆条款。在这种情况下,波动项是加性随机噪声。它的应用程序的低阶系统表明,沿不变子集的低频可变性可以得到相当大的校正,只要耦合是足够弱的。这种新的尺度分离方法为气候预报中多尺度系统的次网格尺度参数化开辟了新的途径。
2017-01-17 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Data-driven global ocean model resolving ocean-atmosphere coupling dynamics
Center for Climate and Carbon Cycle Research, Korea Institute of Science and Technology, Seoul, Republic of Korea(韩国科学技术院气候与碳循环研究中心,首尔,大韩民国);Department of Environment and Energy, Jeonbuk National University, Jeonju, Republic of Korea(全南国立大学环境与能源系,全州,大韩民国);School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea(首尔国立大学地球与环境科学学院,首尔,大韩民国);Department of Environmental Management, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea(首尔国立大学环境管理系,首尔,大韩民国)
本文提出KIST-Ocean模型,利用U型视觉注意力对抗网络架构,通过部分卷积、对抗训练和迁移学习提升海洋预测能力,准确模拟热带太平洋的Kelvin波和Rossby波传播及环流风应力诱导的垂直运动,展现其在气候现象中的耦合机制表示能力。
2025-07-31 cs.LG physics.ao-ph
Origin of the Ocean on the Earth: Early Evolution of Water D/H in a Hydrogen-rich Atmosphere
根据太阳系中几种水源的氘/氢比(D/H)讨论了地球海洋的起源。已知碳质陨石的平均D/H接近于目前地球海洋的D/H,而彗星和太阳星云的D/H分别比地球海洋的D/H大2倍和小7倍。因此,地球海洋的主要来源被认为是CC或彗星和太阳星云的充分混合。然而,这些结论只有在地球上水的D/H在过去的4.5 Gyr中保持不变时才是正确的。本文研究了在早期地球具有富氢大气的情况下,海洋中D/H的演化,这种富氢大气的存在是最近的行星形成理论所预言的,无论星云是否存在。结果表明,海洋中的D/H增加了2-9倍,这是由于海洋形成过程中氢气与水蒸气之间的氘交换以及大气氢损失过程中的质量分馏作用造成的。这一结果表明,CC和当前地球海洋之间水的D/H的明显相似性并不一定支持CC的水起源,并且D/H的明显差异并不是排除水的星云起源的好理由。
2007-09-13 astro-ph physics.ao-ph
Hierarchical structures in Northern Hemispheric extratropical winter ocean-atmosphere interactions
近年来,利用先进的复杂网络统计方法对地球气候系统进行了广泛的研究。然而,这些研究的绝大多数都集中在直接或平行于地球表面的单一气候场内的相关结构的调查。本文采用节点加权耦合网络测度方法研究了北半球热带外大气与海洋的相关性,并构建了18个耦合气候网络,每个网络由两个子网络组成。在所有的情况下,一个子网络代表每月的海表温度(SST)异常,而另一个是基于每月的位势高度(HGT)的等压面在不同的压力水平覆盖对流层以及平流层下部。加权交叉度密度与最大协方差分析得到的主导耦合模式一致。高阶网络措施允许进一步分析两个领域之间的相关结构,并始终表明,在北半球外热带海洋与大气层的分层方式,使大面积的海洋表面与多个统计上不同的地区在大气中的相关。最终,我们发现,这种观察到的层次结构与大尺度大气变率模式,如太平洋北美模式,迫使海洋在每月的时间尺度。
2016-11-14 physics.ao-ph physics.data-an
Seasonal Evolution of Mixed Layers in the Red Sea and the Relative Contribution of Atmospheric Buoyancy and Momentum Forcing
利用一个新的区域高分辨率(5 km)大气再分析数据集强迫的高分辨率(水平约1 km,垂直50层)海洋环流模式的结果,分析了2001-2015年期间红海(RS)混合层(ML)的季节和空间演变。模拟再现的近地表分层的主要特征,所描述的现有的观测。模拟的RS混合层深度(MLDs)的季节演变主要是由大气浮力强迫,特别是其热通量分量驱动的。在盆地的任何地方,模型ML在1月和2月最深。最深的MLDs在亚喀巴湾北部和斯普斯卡共和国北部西部形成。MLDs逐渐向南变浅,反映了冬季表面浮力损失的纬向梯度。在春、夏季,表层海洋增热增加了层结,海盆各处的海洋层变浅。在这个季节,风可能会对MLD产生重大的局部影响。特别重要的是受地形影响的强风,例如在曼德海峡附近和连接北部两个海湾的海峡,以及通过山隙吹来的横向急流,例如斯普斯卡共和国中部的托卡尔急流。MLD的分布进一步表明了大气环流和中尺度环流的影响。海气浮力通量、风强迫、温盐环流和中尺度环流的复杂模式都强烈地影响着MLD的分布。
2021-12-16 physics.ao-ph physics.geo-ph