莫里斯·道格拉斯J麦克休G Goodin

最后一次更新在星期二,2023年5月02|raybet雷竞技最新气候变化

Interdecadal-scale气raybet雷竞技最新候变化解释时必须考虑气候趋势在地方、区域或全球尺度。大量的方差被发现在许多气候年代际时间尺度参数的“直接”数据(例如,降水和海洋表面温度在特定位置)和“间接”数据通过气候系统的操作(例如,环流指数如太平洋北raybet雷竞技最新美指数[机构]或北大西洋涛动指数(NAO))。本研究的目的是评估lte气候数据的证据interdecadal-scale可变性,这raybet雷竞技最新可能反过来与interdecadal-scale波动明显生态或生物物理数据测量整个网站lte网络。

在气候变化的概念化、马库斯和Brazel(1984)描述了四种类型的年际气候变化:(1)围绕一个固定的意思是众所周知的周期性变化发生在短时间尺度,如raybet雷竞技最新白天的温度更改或年度周期,但是在十年或更长时间尺度难以解决。(2)不连续产生的突然变化在整个气候系统的状态可以揭示在均值非平稳数据在一个周期或准周期的方式变化。raybet雷竞技最新这些突然的改变会导致时间可能延长干旱或冷比正常温度。(3)气候系统可raybet雷竞技最新能发生的趋势如慢慢地增加或减少的时期降水或变暖或冷却,直到一些新的意思是“稳定”状态。(4)气raybet雷竞技最新候数据可能出现增加或减少可变性对特定的平均值或稳定状态。年代际气候变化贡献可以描述类型2和3的马库斯和Brazel的raybet雷竞技最新概念classification-discontinuities意味着在数据和趋势。北半球的平均地表温度记录显示的意思是说连续性的半球温度记录与明显的趋势。从概念上讲,很难区分气候变化的这些方面。raybet雷竞技最新趋势是一个重要组成部分的变化意味着温度系列的状态,当他们作为时间不同意味着状态之间的联系。

raybet雷竞技最新气候变化:复杂性和混乱

评估气候变化的原因往往是困难的因为各种各样的原因。数据,即使准确测量在一个漫长的时期,往往是当地地形等因素影响,城市化、或位置相对于大型水体。此外,大量的变化通常可以归因于大规模对气候变化在遥远的地点。raybet雷竞技最新气候学家因此,评估气候数据的原位的趋势和变化也导致或raybet雷竞技最新与这些变化,相关的流程如大气环流异常在很远很远的地方,它被称为“远程并置对比”关于意义“远程连接。”Therefore, climate data must be understood to be influenced by both local-and large-scale climatic forcing. One of the inherent problems in evaluating tele-connections is that the apparent association between measures of atmospheric circulation or climate variability and far-flung locations may result from indirect causal pathways. For example, forcing by variable C may produce the apparently significant correlation between variables A and B.

国家审计署的,例如,是一个衡量海平面冰岛和亚速尔群岛之间的压力梯度,或间接的西风风速在北大西洋,长有统计上显著的关联与降雨量的部分印度或中国。NAO实际上是否会导致降雨变化在印度或中国或这些现象是否相关,因为他们都是受一些外部现象仍有待确定。

进一步复杂化的问题,气候系统在本质上是非线性的,因为大量的反馈机制的我们都raybet雷竞技最新知道。动态和热力学阈值内的气候系统确保气候变化和变化的分析和评价是复杂的。raybet雷竞技最新无数的微小变化会导致大气中改变的稳定的状态一个不稳定的状态,从层流到湍流政权,从冰融化到剩余的固体。例如,大气环流变化可以影响表面温度和增加融雪。减少snowcover反照率更低,能量,否则现在可以级联通过各种反映气候系统组件。raybet雷竞技最新这些组件可能进一步加强这些能量,产生一个积极的反馈或彻底消除气候系统的能量在一个负面的反馈。raybet雷竞技最新经常大而重要的差异在大气状态下产生的细微变化气候变量证明这些阈值和反馈机制的存在和力量。这些阈值和反馈可以生产,或放大,显然是气候系统的混沌性质。raybet雷竞技最新

传统上,气候数据的统计分析在很大程度上依赖于线性方法,如线性回归或简单的相关性raybet雷竞技最新。基于贝叶斯分析的非线性统计方法使用技术和神经网络开始慢慢渗透大气科学。在某些情况下,神经网络仅仅是被用来生产与线性回归的结果,但在其它情况下,所使用的方法是在真正的非线性应用程序如非线性主成分分析(谢长廷和唐1998;谢长廷2001)。

分析和评价气候变化趋势之间的因果关系的本质,周期的研究,因此和远程联系是极其复杂的,与大气科学家,包括气候学家,他们的脸很清楚的分析问题。raybet雷竞技最新鉴于这些问题,许多大气科学家相信唯一正确和适当的方式因果分析可以执行是通过使用整个气候系统的复杂的数值模型,包括大气和组件之间的耦合,如海洋,冰冻圈,,重要的是,生物圈。raybet雷竞技最新

复发性气候系统的变化raybet雷竞技最新

复发性或准周期性的内在变化规律在时间尺度的气候系统可以找到1天,365天,几年,甚至几十年。raybet雷竞技最新我们的记录的收集了气候系统在全球范围内raybet雷竞技最新只有自1940年代末以来,但他们一直以来真正意义上的全球唯一的出现在1970年代现代卫星(Kalnay et al . 1996年)。这中间的相对较短的时间尺度可以防止真正意义上的全球分析和长期变化的时间尺度。然而,个人站在欧洲自1600年代以来一直在记录数据(沃斯et al . 1992年)。气候学家使用的各种记录raybet雷竞技最新气候变化和差异从1600年代之前,如法国葡萄收获日期的记录(例如,羊肉1977),书面证据的历史气候变化(例如,羔羊1977;raybet雷竞技最新房龙和罗杰斯1978;曼图亚et al . 1997年),树木年代学(例如,Minobe 1997),冰核心数据(例如,汤普森et al . 1998年),并从海洋底部沉积记录(例如,海斯et al . 1976年)。

原因interdecadal-scale可变性的气候系统没有很好地理解和被认为包括raybet雷竞技最新太阳能可变性、海气相互作用、和某些耦合大气变化,表现出准周期性的行为模式。在11年的太阳黑子数目有明显的周期性(Labitzke和房龙1988;Mitra et al . 1991;柯里和O ' brien 1992)和一个少有人知的周期性22年(1986年葡萄树)。一些著名的大气模式变化也与interdecadal-scale可变性。特别是,太平洋年代际振荡(PDO)在北太平洋海平面气压(kevin Trenberth和Hurrell 1994)扮演着一个重要的角色在调制整个北太平洋海面温度(太平洋),进而影响到太平洋鲑鱼捕捉(例如,曼图亚et al . 1997;本卷第13章)。这只是一个例子的证据确凿的和广泛的北太平洋气候的变化,发生在1970年代末(例如,Namias 1978;raybet雷竞技最新Trenberth 1990;

格雷厄姆1994年;Trenberth和Hurrell 1994)可以完成出现强烈耦合并发生态变化(例如,Venrick et al . 1987;Ebbesmeyer et al . 1991;弗朗西斯和Sibley 1991;Brodeur和器皿1992;挖空和伍斯特1992;喜气洋洋的和Boullion 1993;弗朗西斯和兔子1994;曼图亚et al . 1997年)。

鉴于这些interdecadal-scale信号的多种多样的自然气候系统,检测仪器气候数据证明是很困难的因为各种各样的原因。raybet雷竞技最新准周期性的信号在不同的时间尺度可以设想回荡在整个气候系统同时与众多的其他非周期的信号。raybet雷竞技最新因为信号振荡在特定周期的研究,偶尔的振幅的信号可能重叠和相互促进,或彼此抵消。raybet雷竞技最新气候信号可能直接影响气候数据(例如,通过调制的降水或温度),从而间接生态数据,而其他气候信号可能直接作用于生态数据(例如,太阳能可变性)。除了气候系统的准周期性的信号,等因素建立人类改变地球表面和大气化学,以及能源和碳含量的变化raybet雷竞技最新海洋底部的水域,可能引起额外程度的方差到系统,使其更难以分离和描述一个特定的周期信号。

数据和方法

其他问题出现的统计描述和评价这些准周期信号的存在和意义。一种技术通常用于评估周期数据方差谱分析组件,依靠其估计方差比例的能力在特定频率(周期/年)。众所周知,一些比例的方差在一个频率可以“泄漏”到相邻的频率和污染的谱估计信息广泛传播到几个频率。这被称为频谱泄漏(米切尔et al . 1966年)。其他偏见可能发生如果不删除数据的趋势(例如,华纳1998)。

使用lteraybet雷竞技最新气候数据包括每月的意思是,最高,最低气温和降水在lte站。分析了数据在帕默站在南极除了北美数据。数据获得的lte CLIMDES数据库,可在互联网上(http:// intranet.lternet.edu/archives/documents/Publications/climdes/index.html)(图11.1)。涉及重大生态相关研究发现,只有平均生长期(3月至9月)的数据。

有两个潜在的高效和准确识别方法interdecadal-scale lte气候数据的可变性。raybet雷竞技最新lte技术之间的关系的一种方法是检查数据和索引的气候现象已知的很大比例方差发生在年代际时间尺度,例如,太阳黑子数目或PDO。第二种方法是使用功率谱分析来评估气候数据的方差的比例发生在年代际时间尺度。raybet雷竞技最新使用这两种方法在这项研究中,

1.50 w dEOTf测试结束了L5CY lEOy BCV床

图11.1 lte站的位置记录(a)平均温度,(b)最高温度,最低温度(c),和(d)降水数据用于这项研究。帕默站,南极洲,包括在平均温度数据集,但这里没有绘制。

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图11.1 lte站的位置记录(a)平均温度,(b)最高温度,最低温度(c),和(d)降水数据用于这项研究。帕默站,南极洲,包括在平均温度数据集,但这里没有绘制。

但只有后者的方法详细描述。这是因为大多数著名的气候现象表现出显著的interdecadal-scale变raybet雷竞技最新异最显而易见和在冬季是最强的。这可能是由于气候现象的本质和起源和/或方差相对较低,因此在冬季气候数据,允许简单的信号检测。raybet雷竞技最新

例如,interdecadal-scale可变性是Trenberth主导,Hur-rell(1994)指数11月和3月之间的北太平洋海平面气压。其他时间的显示,如果有的话,在北太平洋interdecadal-scale可变性。这仅仅代表了一种从极地转移控制中间纬度气候变化在冬季政权越来越受到热带可变性在nonwinter月。raybet雷竞技最新Trenberth和Hurrell(1994)之间的相关性进行了北太平洋海平面压力指数和lte生长期的数据做产生显著关系,但它可能大部分系列之间的协方差不发生在年代际时间尺度,但在年际时间尺度在生长季节。协方差的时间尺度发生可能是评估通过互谱分析(华纳1998)。Goodin et al。(本卷第20章)显示,一些interdecadal-scale生长期的气候信号发现显著关联(助力)温度、降水、和raybet雷竞技最新年度净初级生产力在Konza草原lte曼哈顿附近,堪萨斯州。

允许高效的lte气候数据的分析,主成分分析(PCA)是用来分解时间序列的raybet雷竞技最新平均生长季节气候数据到他们的主要模式的可变性,主成分(pc)。前四个电脑保留方差极大旋转。光谱分析是用来评估的方差谱旋转电脑(例如,米切尔et al . 1966年)。电脑去趋势,偏离均值计算之前,光谱分析;所有丢失的数据将被忽略。缺失数据的相对较大的比例在1950年代中期之前确保结果lte气候数据集前半世纪偏向支持这几站的数据。raybet雷竞技最新可能结果可能反映了年代际变化组件相关的网站,而不是在整个数据集。然而,消除那些站不长时间系列interdecadal-scale变异性的排除了有意义的分析lte的网站。此外,使用lte气候数据在有限的时间内(例如,格陵兰raybet雷竞技最新岛1999)不允许评估interdecadal-scale可变性以一种有意义的方式。

结果和讨论平均温度

前四旋转电脑生长期平均温度几乎占62%的方差。光谱分析每一个旋转的电脑上执行(图11.2)电脑1中描述了显著周期的研究,2和4。尽管平均气温数据是由低频变化,发现显著峰值3.0和3.5年的前两个组件之间,和峰值发生在2.88年电脑4,表明quasi-triennial周期的研究的重要性在lte生长季节平均气温数据。这些quasi-triennial时期出现类似发现在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)信号之间的差异集中2和3年,也在4到6岁之间(罗杰斯1984;Keppene和Ghil 1992;曼和公园1994;麦克休1999;格陵兰岛1999)。重要的准quintennial周期的研究中观察到的电脑4,著名但微不足道的峰值在PC 1出现在后者的ENSO方差。

50和100年之间统计上显著的低频变化是明显的光谱PC, PC 3除外。类似的50 - 70年的光谱峰值在北美被发现树木的年轮数据(1997年Minobe),而100年的周期可能与太阳能迫使(立斯·克雷斯顿森和Laasen 1991)和/或人为因素(1995年联合国政府间气候变化专门委员会)。然而,PC 3展览相当浓度的光谱差异在年代际周期的研究,但是相对少量的方差解释为PC 3表明,这个年代际信号是相当小的重要的整个数据集。更加突出,但统计上微不足道,在这附近和周期性信号的光谱中也很明显电脑1。电脑载荷的空间分布呈现相对意义,因为微不足道的网站数量将在北美,缺乏连贯的趋势或分布,附近站点的并置,并有很强的正面和负面的载荷。加载地图因此不显示。

图11.2主成分的光谱分析平均温度(a)电脑1,(b)电脑2 (c)电脑3,(d)电脑4。数据集的方差占的百分比,每个电脑都是沿着轴测量。厚的实线描述了谱估计,没有单位;长度表示沿着x轴在年/周期。红色所代表的噪声功率频谱估计的虚线表示95%置信上限;较低的虚线代表红色光谱噪声功率估计在5%置信上限。中间(固体)曲线代表了50%的置信度。

最高温度

平均气温光谱相比,低频变化主宰个人电脑1的光谱,PC 3,和PC 4(图11.3);显著的周期的研究大约50年在所有三个光谱很明显。在PC 3重大interdecadal-scale变化是显而易见的,较小的和无关紧要的山峰也观察到这个电脑上的周期性1。电脑1的光谱相似,第一个PC的平均温度,描绘一个重要quasi-triennial周期性除了一个较小的无意义的周期性5至6年。这些周期的研究与ENSO相关类似,并建议一个相互关系如所描述的格陵兰岛(1999)。显著quasi-biennial变异性明显在PC 3和PC 4,除了前面提到的低频信号。

图11.3光谱分析主成分的最高温度(a)电脑1,(b)电脑2 (c)电脑3,(d)电脑4。数据集的方差占的百分比,每个电脑都是沿着轴测量。厚的实线描述了谱估计,没有单位;长度表示沿着x轴在年/周期。红色所代表的噪声功率频谱估计的虚线表示95%置信上限;较低的虚线代表红色光谱噪声功率估计在5%置信上限。中间(固体)曲线代表了50%的置信度。

最低温度

光谱特性的生长期的最低气温(图11.4)表现出显著的变化在低频段,但更多的高频信号的光谱观测相比,平均或最大温度。PC, PC 3,和PC 4都有大比例的方差在低频段,但他们也有统计上显著的信号在quasi-quintennial周期的研究。所有电脑描绘重大或突出的峰值在quasi-biennial或短周期的研究。没有电脑表现出太多的权力在年代际周期的研究。

降水

四个保留个人电脑的降水谱如图11.5所示。这些光谱显示小准周期性的变化在lte网站,和一些重要的周期的研究。突出信号在PC quasi-biennial时期观察2 PC 3和4个人电脑,略微观察到显著的变化

图11.4主成分的光谱分析最低温度(a)电脑1,(b)电脑2 (c)电脑3,(d)电脑4。数据集的方差占的百分比,每个电脑都是沿着轴测量。厚的实线描述了谱估计,没有单位;长度表示沿着x轴在年/周期。红色所代表的噪声功率频谱估计的虚线表示95%置信上限;较低的虚线代表红色光谱噪声功率估计在5%置信上限。中间(固体)曲线代表了50%的置信度。

2 PC和PC 3中低频。很少有(如果有的话)谱方差中观察到的任何电脑在年代际时间尺度。

讨论和结论

突出的或重要的光谱权力在lte气候年代际时间尺度出现罕见的数据意味着生长季节(March-September)用于本研究。raybet雷竞技最新观察到的高频变化,尤其是quasi-biennial和quasi-quintennial周期的研究,出现重要变化发生在年代际时间尺度。虽然一些重要的准周期性的组件的变化观察,很少,如果有的话,不断地观察整个检查四个变量。显著周期的研究显得相对一致的温度变量之间在时间尺度与ENSO相关,但也有一些微妙的差异是指出,特别是在高频频谱域。的大部分

图11.5主成分的光谱分析降水(a)电脑1,(b)电脑2 (c)电脑3,(d)电脑4。数据集的方差占的百分比,每个电脑都是沿着轴测量。厚的实线描述了谱估计,没有单位;长度表示沿着x轴在年/周期。红色所代表的噪声功率频谱估计的虚线表示95%置信上限;较低的虚线代表红色光谱噪声功率估计在5%置信上限。中间(固体)曲线代表了50%的置信度。

温度数据的方差是发现含有重要,或突出,光谱权力周期的研究50年或更长时间。

然而,这些振荡的解释,有这样的超长周期的研究必须在数据集包含质疑,在最好的情况下,104年的数据。这么短的时间内,只有两个完整的50年周期可能发生。统计,这些信号可能会根据卡方检验或其他重要的标准,但这是怀疑他们的意义可以准确地评估考虑到有可能只有两个完整的周期。实际上,这种振荡,不大可能完成这两个周期在过去的世纪。即使是这样,它不太可能振荡将需要整整50年才能完成:一些方差近似50年期间可能会发生,因为可能这一现象和其他气候系统组件之间的交互。raybet雷竞技最新这样的信号变化将导致减少光谱功率和观察到的意义在50年的周期性,周期的统计显著性进行准确的估计不太可能。

我们也必须记住,这些结果不一定反映各个气候数据的功率谱lte的网站。raybet雷竞技最新相反,它们反映了整个lte网络的光谱特性的结果数据分解到的主要模式的变化在整个数据集。实际周期的研究在个别地点可能有所升值或贬值相对于那些发现在整个网络中。

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