Gamma-Ray Bursts and the Earth: Exploration of Atmospheric, Biological, Climatic and Biogeochemical Effects
伽马射线暴（GRB）在过去的10亿年中可能对地球产生了许多重大影响。我们已经使用了一个二维的大气模型，以研究在地球大气中的伽玛射线暴提供一系列的注量，在不同的纬度，在分点和至点，并在不同的时间一天的影响。我们估计了太阳UVB辐射增加、$\mathrm{NO_2}$不透明导致太阳可见光减少以及$\mathrm{HNO_3}$因降雨而导致硝酸盐沉积所引起的DNA损伤水平。对于过去十亿年中最近的“典型”爆发，我们发现全球平均臭氧消耗高达38%。局部消耗高达74%。在爆发后的7年内，全球的大量消耗（至少10%）持续存在。我们的结果在很大程度上取决于爆发发生的时间和纬度。我们发现DNA损伤高达全球正常年平均水平的16倍，远高于浮游植物等简单生命形式的致命水平。最大的破坏发生在低纬度到中纬度地区。我们发现可见阳光减少了百分之几，主要是在极地地区。硝酸盐沉积类似于或略大于目前所造成的闪电也观察到，持续数年。我们讨论了这些结果如何支持晚奥陶世大规模灭绝可能是由伽玛射线暴引发的假设。
2005-08-04 astro-ph physics.ao-ph physics.bio-ph
Reconsidering the relationship of the El Niño--Southern Oscillation and the Indian monsoon using ensembles in Earth system models
我们研究厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度夏季风的集合模拟国家的最先进的气候模式，马克斯普朗克研究所地球系统模型（MPI-ESM）和社区地球系统模型（CESM）之间的关系。我们考虑两个简单的变量：塔希提岛-达尔文海平面气压差和北印度降水。我们利用集合收敛到系统的快照吸引子分析可能的变化（i）在遥相关的两个变量的波动之间，（ii）在他们的气候手段。(i)非常高的信心，我们检测到的遥相关强度的增加，作为对强迫的响应，在MPI-ESM下的历史强迫在1890年和2005年之间，集中到这一时期的结束。我们解释说，我们的发现并不矛盾的仪器观测，因为他们现有的分析遥相关的非平稳性要么方法不可靠，或考虑一个不明确的遥相关概念。在MPI-ESM中，我们不能在代表性浓度路径8.5（RCP8.5）下拒绝2006年至2099年之间的平稳性，以及在110年的1%纯CO2情景中;我们也不能在1960年至2100年的CESM中使用历史强迫和RCP8.5。(ii)在后者合奏，气候平均强烈位移的相空间投影跨越的两个变量。然而，这种位移是线性的。然而，斜率表现出很强的季节性，伪造一个普遍的假设，这两个气候手段之间的紧急关系，排除适用性紧急约束。
2018-09-20 physics.ao-ph physics.geo-ph
The IITM Earth System Model (IITM ESM)
地球系统模型（ESM）是重要的工具，使我们能够了解和量化控制地球系统元素变化率的物理，化学和生物机制，包括大气，海洋，陆地，冰冻圈和生物圈（陆地和海洋）及其相关组件。ESM基本上是耦合的数值模型，它包含了不同地球系统组成部分内部和之间的过程，并表示为一组数学方程。紧急状态措施有助于加强我们对气候系统、其多尺度变率、全球和区域气候现象的基本认识，并有助于预测未来气候变化。在这一章中，我们简要介绍了印度热带气象研究所ESM（IITM ESM），这是最近在印度浦那的IITM，调查长期气候变率和变化，重点是南亚季风的显着方面。
2021-01-09 physics.ao-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
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
Effects of Ozone Levels on Climate Through Earth History
本研究利用CESM三维大气环流模型及一维辐射通量计算，揭示了地球历史中臭氧水平变化通过平流层温度、云量及大气环流影响全球气候的机制，为理解大气演化提供了关键依据。
2023-07-21 astro-ph.EP physics.ao-ph
Assessing the climate benefits of afforestation: processes, methods, and frameworks
该研究聚焦加拿大北方寒带针叶林带与南部北极地区，梳理造林气候效益评估的知识缺口与方法局限，提出多维度评估框架，为环北极国家造林政策提供参考。
2024-10-31 physics.ao-ph physics.geo-ph
Re-appraisal of the global climatic role of natural forests for improved climate projections and policies
本文通过理论和观测证据指出全球气候模型因对流参数化缺陷低估了毁林导致的蒸散丧失变暖效应，从而质疑毁林致冷结论的可靠性，并主张全球暂停开发所有自然森林。
2023-01-24 physics.ao-ph physics.bio-ph
Edge States in the Climate System: Exploring Global Instabilities and Critical Transitions
多稳定性是地球物理相关系统中普遍存在的特征，并为我们预测系统对扰动的响应能力提供了关键挑战。在临界转变附近，小的原因可以导致大的影响，并且-对于所有实际目的-系统属性的不可逆变化。地球的气候是多稳定的：目前的天文和天体物理条件支持两个稳定的制度，我们生活在温暖的气候，和雪球气候，其特点是全球冰川。我们首先提供了一个概述的方法和思路相关的研究气候对强迫的响应，并专注于关键转变的属性。根据Eckhartt等提出的多稳定湍流研究思路，我们通过识别气候边缘状态（一个嵌入在稳定气候的两个吸引盆地之间的边界上的马鞍）来研究引起气候系统中的雪球/暖多稳定性的全球不稳定性。边缘状态吸引属于这种边界的初始条件，并且是促进竞争吸引子之间的噪声引起的转变的门。我们使用一个简化的但类似地球的气候模式，通过耦合一个简单的扩散海洋的原始方程模式的大气。我们把气候边缘状态称为忧郁状态。我们研究他们的动力学，他们的对称性，我们遵循一套复杂的分叉。我们发现忧郁症状态具有混沌动力学的情况。在这些情况下，两个吸引盆地之间的盆地边界是一个奇怪的几何集合，余维几乎为零，并将此特征与天气和气候时间尺度上发生的不稳定性之间的时间尺度分离联系起来。我们还发现了一个新的稳定的气候状态，其特征在于非平凡的对称性。
2017-03-02 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.ao-ph
A theoretical model for realistic local climates
我们编写了一个非线性模型，预测地球上一个小区域表面的气候（温度和湿度），使用该模型进行数值研究，并将结果与地球上各个地区的真实气候进行比较。如果在选择参数时考虑到该地区所属的气候柯本带，则数值模式可以准确地再现真实的气候。该模型考虑了太阳辐射的双周期强迫（年和日），辐照度定律，地球具有不同热惯性的陆地和海洋，以及由于蒸发导致的空气湿度。这使我们能够再现地球气候的显着特征，如季节滞后，中午滞后，以及每日温度的不对称演变。该模型可以很容易地适应非地球的天文参数的行星。最后，我们对偏心率高于实际的地球进行了调查。
2020-01-23 astro-ph.EP physics.ao-ph
Relationship between Climate and Famine from 1250 to 1350 in Central Italy
本研究旨在概述地震、火山爆发、耀斑和太阳活动变化等事件所引起的气候变化如何表征意大利中部地区，分析和比较天文、地质、气象、地震、历史和气候资料，并以1250年至1350年期间的一些特定地点为参考。最终目标是从自然和人类的角度了解这一地理区域的长期气候和地质事件如何改变了这一领土，从而突出了1347-1351年期间瘟疫浪潮等极端事件的发生。该分析是使用一个历史的方法进行的，并特别注意尽量减少任何影响，由于在缺乏数据的情况下的错误。
2022-05-10 physics.ao-ph physics.geo-ph physics.soc-ph
Earth's Mesosphere During Possible Encounters With Massive Interstellar Clouds 2 and 7 Million Years Ago
该研究利用二维大气化学模型结合日球层磁流体力学参数，重新分析200万和700万年前太阳系与致密星际云相遇的效应，修正了此前关于全球夜光云引发冰期的结论，明确了云的分布、臭氧变化及辐射影响。
2024-09-10 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.ao-ph
Damping of glacial-interglacial cycles from anthropogenic forcing
过去百万年的气候变化表明，米兰科维奇轨道强迫和气候共振共同作用的结果是一个大约10万年的强大的冰川-间冰期循环。有人认为，人类活动对辐射强迫的贡献可能会延长目前的间冰期的长度，但人为强迫对冰期-间冰期周期的影响很少受到关注。在这里，我证明了适度的人为强迫可以起到抑制这10万年周期的作用，并减少来自轨道强迫的气候变率。未来太阳辐射的变化将在未来100万年内继续推动10万年的气候周期，但人为变暖的存在可能迫使气候进入无冰状态，这种状态对轨道强迫的反应很弱。足够强的人为强迫，消除冰川间冰期循环可能作为一个时代的过渡，从更新世到人类世的指示。
2014-06-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Mathematical Exploration of Earth Gravitational Field Impact on Seasonal Wind Flux in a Tropical Region
Nigeria Institute of Soil Science（尼日利亚土壤科学研究所）；Institute of Biopaleogeography named under Charles R. Darwin（以查尔斯·达尔文命名的生物古地理学研究所）；University of Abuja（阿布贾大学）；Federal University of Lafia（拉菲亚联邦大学）；Sam Higginbottom University of Agriculture, Technology and Sciences（萨姆·希金博特姆农业、技术与科学学院）；University of Port Harcourt（波特哈科特大学）
本研究利用纳维-斯托克斯方程、傅里叶分解和皮尔逊相关系数，分析2010-2020年尼日利亚气象与GRACE卫星引力数据，发现引力变化与风通量呈强正相关（0.79-0.87），表明引力对季风模式有调制作用。
2026-07-03 physics.ao-ph
Synchronous Glacial Cycles in a Nonsmooth Conceptual Climate Model with Asymmetric Hemispheres
我们提出了一个新的概念模型，地球的冰川间冰期周期，一个导致的控制方程的向量场有一个超平面的不连续性。这项工作扩展了经典的Budyko型和塞勒斯型概念能量平衡模型的温度反馈，通过删除行星对称的赤道的标准假设。北半球和南半球冰盖的动力学耦合到一个代表全球年平均表面温度的方程。该系统有一个不连续的切换机制的基础上，北半球冰盖的质量平衡原则。我们表明，相关的Filippov系统承认一个独特的非光滑和吸引极限环，代表冰期和间冰期之间的循环状态。由于所涉及的时间尺度有很大的不同，该模型提出了一个非光滑的几何摄动问题，为此，我们使用特设的数学技术来产生的周期轨道。我们发现北半球的气候变化驱动着南半球的同步变化，正如在轨道时间尺度上对地球所观察到的那样。
2021-01-05 math.DS physics.ao-ph
Constraining exoplanet interiors using observations of their atmospheres
本文综述了利用系外行星大气观测（尤其是JWST数据）来约束其内部结构，并探讨了不同密度和辐照度下的气候与内部状态及其观测区分方法，以及未来表征类地行星所需的创新。
2025-10-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Climate Modelling of Mass-Extinction Events: A Review
尽管人们对这一主题产生了极大的兴趣，并进行了数十年的研究，但地球生命历史上生物多样性重大损失的起源仍然难以捉摸。这些大规模灭绝事件的各种可能原因已被调查，包括小行星或彗星的撞击，大规模火山爆发，板块构造引起的大陆分布变化的影响，以及生物因素，仅举几例。许多这些建议的驱动因素涉及或实际上需要地球气候的变化，然后影响我们星球的生物圈，导致全球生物物种多样性的减少。因此，可以说，详细了解这些气候变化及其对生态系统的影响是解决生物保护之谜的先决条件。除了对大规模喷发时期的古气候数据进行调查外，气候模拟实验应该能够对这些戏剧性的事件提供一些线索。然而，有些令人惊讶的是，对与灭绝事件有关的气候变化进行的全面模拟研究很少。本文将对这些研究进行综述。此外，在一般灭绝研究和建议，为今后的研究建模的作用进行了讨论。
2009-06-18 physics.ao-ph physics.geo-ph
Habitability and Multistability in Earth-like Planets
我们探讨了宜居带周围行星气候的潜在多稳定性。我们关注的条件让人想起那些地球系统，但我们的调查旨在提出一个一般的方法来处理系外行星。我们提供了一个彻底的分析气候系统的非平衡物理性质，并探讨，使用一个灵活的气候模型，这些属性如何依赖于母星的能量输入，红外大气不透明度，和旋转速率。这是可能的，重现多稳定性的性质，让人想起古气候相关的雪球（SB）温暖（W）的条件。然后，我们研究的W和SB状态的热力学，澄清水文循环的作用，在塑造的不可逆性和效率的W状态，并强调极端多样性的SB状态，在干燥的条件下实现。热力学为研究系统的临界点提供了线索，并引导我们构建参数化，其中主要的热力学性质仅表示为行星排放温度的函数。这样的功能是相当强大的相对于改变的旋转速率的行星从目前的地球的1到它的一半。然后，我们探讨了缓慢旋转和相位锁定的行星的动力学范围。存在一个临界转速，低于该转速时，多稳定性将丧失。这样的临界转速大致对应于锁相2：1条件。因此，如果一颗类地行星与母恒星的相位是1：1，那么只有一种气候状态与给定的天文学和天体物理学参数相一致。这些结果与行星环流的一般理论和适居性的充分必要条件的定义有关。
2013-03-24 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Evidence of nearby supernovae affecting life on Earth
对太阳附近疏散星团的观测被用来计算过去5.1亿年（Myr）的局部超新星（SN）率。SN速率的峰值与太阳通过局部增加的团簇形成时期相匹配，这可能是由银河系的螺旋臂引起的。一项统计分析表明，太阳系经历了许多来自附近超新星的银河宇宙射线（GCR）流量的短期大幅增加。通过将过去5.1亿年的一般地质气候记录与波动的局部SN率进行比较，可以证实高GCR通量与地球寒冷条件相一致的假设。令人惊讶的是，构造（海平面的长期变化）和天体物理活动（SN率）的简单组合在很大程度上解释了过去5.1亿年来观察到的海洋生物多样性变化。SN率和二氧化碳（CO $_2$）水平之间的逆对应关系进行了讨论，在寒冷条件下更好地施肥的海洋中，通过提高生物生产力，CO $_2$可能下降-这一假设与碳的重同位素$^{13}$ C的相对丰度数据不矛盾。
2012-10-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Milanković Forcing in Deep Time
本文基于过去35亿年的最新天文解，揭示长偏心率周期在深时尺度上可能不稳定，并预测倾角频率的气候强迫随地质年代增加而减弱，为深时旋回地层学和气候建模提供调谐目标与外部强迫模板。
2024-05-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Photobiological effects at Earth's surface following a 50 pc Supernova
我们调查了地球表面平流层O3耗尽的潜在生物影响，这些影响是由附近的超新星造成的，已知这些超新星发生在大约250万年和800万年前，距离约为50 pc。新的和以前发表的大气化学模拟结果与辐射转移模型相结合，以确定地表太阳辐照度和生物反应的变化。我们发现，UVB辐照度增加了1.1至2.8倍，在纬度变化很大，季节性高纬度地区。UVA和PAR（可见光）的变化要小得多。DNA损伤（体外）因类似UVB的因素而增加，而其他生物影响（红斑、皮肤癌、白内障、海洋浮游植物光合作用抑制和植物损伤）则增加较少。我们的结论是，生物的影响，由于增加紫外线辐照度在这种SN的情况下，是不是大规模灭绝的水平，但可能会有助于物种丰度的变化，这一结果非常适合与周围的上新世更新世边界观察到的物种营业额。
2017-11-01 astro-ph.EP physics.ao-ph q-bio.PE
Typicality of the 2021 Western North America Summer Heatwave
阐明极端气象-气候事件的统计特性并捕捉导致其发生的物理过程，是提高我们对气候多变性和气候变化的认识以及更好地评估相关危害的关键步骤。最近人们发现，大偏差理论对于研究持续的极端事件非常有用，特别是对于灵活估计长重现期和引入动态典型性的概念非常有用。使用基于大偏差理论的方法框架，并利用最先进的地球系统模型的长时间模拟，我们调查了2021年北美热浪。事实上，我们的分析表明，2021年的事件可以被视为气候变率的一种不太可能但可能的表现，而其发生的可能性被持续的气候变化大大放大。我们还澄清了2021年热浪的空间相干性的性质，并阐明了落基山脉在调制北美西太平洋地区炎热，干燥和持续的极端事件中所发挥的作用。
2022-12-14 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.data-an
