热带和中纬度天气模式变化作为全球变化的指标

里卡多·m .小麦

Centro de Geofisica da大学葡京,IDL,教员,里斯本大学Campo Grande, Ed C8庇索3 1749 016年里斯本,葡萄牙

路易斯·希梅诺

Departamento de运动Aplicada,科学教师,维哥大学32004 Ourense,西班牙

1。介绍3。的变化热带模式

2。观察到的变化在3.1。额外热带厄尔尼诺南方涛动(ENSO)模式

2.1。北大西洋涛动3.2。热带气旋(NAO) 3.3。季风

2.2。太平洋北美4。结论(机构)引用

1。介绍

现在在地球科学科学界广泛接受,人为的排放大量的温室气体二氧化碳和甲烷(即),到大气中部分负责最近的趋势在我们这个星球的气候全球范围内[1]。raybet雷竞技最新然而,角色的不同的自然和人类对气候变化的影响最近才被阐明[2]。raybet雷竞技最新这个开创性的研究量化人类活动对气候变化的贡献通过研究涉及表面空气温度(3、4),降水[5]和海平面气压(SLP) [6]。raybet雷竞技最新尽管如此,气候变化在区域层面上可以更raybet雷竞技最新难以理解比的变化发生在全球或半球尺度。最近温度和海平面高度的积极趋势

raybet雷竞技最新:观察到的气候变化对地球的影响

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被放大或部分抵消,在区域范围内,通过大气环流的变化。同样的理由似乎适用于气候变化的场景下温暖的行星[7]。raybet雷竞技最新因此重要的是要理解最重要的大规模的气候作用模式和提供一个评估的变化(变化和趋势)在最近的历史时期。

两种最重要的模式大气的可变性,即南方振荡(所以)(后来与厄尔尼诺现象有关,而且创造了ENSO)和北大西洋涛动(NAO)被确定在开创性的著作吉尔伯特沃克(8、9)。然而,大多数这些大型环流模式(也称为远程并置对比)只有在1980年代确定明确(例如[10 11])。这些和后续研究证实的气候影响ENSO和NAO Pacific-North美国模式的同时(机构)。这些远程并置对比已知大型影响整个大陆的气候由于其影响的主要物理机制规则表面附近的天气,即控制主要飓风轨迹,提高热平流,改变raybet雷竞技最新云层从而辐射平衡[12 14]。应该强调,这些模式是依赖于季节的相关性,也就是说,他们只有一个签名在年[11]的一部分。其他模式,通常更多的区域的性质,只有相关期间的一部分,会小,尽管在调节当地气候相关的作用。raybet雷竞技最新

以上提到的远程并置对比提供了一个独特的半球对称的行为。然而,添加了两个额外的模式在过去的十年中,北方环形模式(南)和南部环形模式(SAM)这些的特点是某种对称模式[15]。不结盟运动也被称为北极振荡(AO)模式,更好的建立密切相关NAO模式[16]。

在这一章,我们将总结的主要结果发表在最近的文献的变化频率和大小最重要的大型环流模式(NAO)机构)。其次,我们将我们的注意力集中主要趋势在其他重要的热带的发生模式,如ENSO,热带气旋(TCs)和季风热带和子——由于其相关性热带气候raybet雷竞技最新政权。

2。观察EXTRA-TROPICAL模式的变化

在过去的二十年里,越来越多的研究已经聚集了大量的信息最重要的流通模式的变化影响气候条件的额外的-raybet雷竞技最新热带两个半球。然而,北半球和南半球之间的不平衡在大陆的程度干燥的土地,影响人口解释偏向北半球(NH)研究。

不同的方法已经开发获得的主要大气环流模式大规模的循环在整个的标志

NH (10、11)。这里,NAO和机构远程并置对比指标得到来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)气raybet雷竞技最新候预测中心(CPC) (http://www.cpc.noaa.gov/data/-teledoc / nao.shtml)。受雇于中国共产党的方法来识别tele-connection模式是基于旋转主成分分析(RPCA)[11]应用于每月的意思是标准化50 kPa位势高度异常。空间模式的NAO和机构中可以看到无花果。1和3,分别代表之间的时间相关月度标准化高度异常在每个时间点和月度telecon-nection模式系列从1960年到2000年。

2.1。北大西洋涛动(NAO)

国家审计署的是70多年前被公认为是大气变化的主要模式之一NH (8、9)。从历史上看,国家审计署已被定义为一个简单的指数,措施表面压力的差异之间的蓬塔德尔加达在亚速尔群岛和冰岛站

垂死的地球系列平衡
图1空间格局的NAO由冬季之间的时间相关(DJFM)月度标准化50 kPa位势高度异常在每个时间点和月度远程并置对比模式系列从1960年到2000年。

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

1960 1980

2000年

图2(转载从图3.31 Ref。[7])。正常指标(单位标准devia耦合)的意思是冬天(3月12月)NAO由海平面气压数据。在前面板上,该指数是基于正常海平面气压的差异之间的里斯本,葡萄牙和Stykkisholmur /雷克雅未克,冰岛从1864年到2005年。冬天平均海平面气压数据在每个车站正常化除以每个季节压力异常的长期(1864 1983)标准差。在较低的面板中,索引对应的主分量时间序列的主要EOF大西洋部门海平面气压(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章)。

1960 1980

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图2(转载从图3.31 Ref。[7])。正常指标(单位标准devia耦合)的意思是冬天(3月12月)NAO由海平面气压数据。在前面板上,该指数是基于正常海平面气压的差异之间的里斯本,葡萄牙和Stykkisholmur /雷克雅未克,冰岛从1864年到2005年。冬天平均海平面气压数据在每个车站正常化除以每个季节压力异常的长期(1864 1983)标准差。在较低的面板中,索引对应的主分量时间序列的主要EOF大西洋部门海平面气压(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章)。

Stykkisholmur(图2,上半部分)。然而,一个更客观的偶极子的决心行动中心可以通过主成分分析(PCA)的应用SLP或对流层位势高度(10、11)。

如图1所示,国家审计署的对应于一个大规模的经向振荡亚热带之间的大气质量反气旋在亚速尔群岛及附近近极的低压力系统附近的冰岛[13]。大量的研究显示的相关性NAO北半球的冬季地表气候、特别是在大西洋/欧洲部门(如[13、14、17])。raybet雷竞技最新控制部分负责观察到的变暖趋势欧亚北部土地温度同时发生的趋势更积极的阶段之间的NAO 1960年代后期和1990年代中期在图2 (18、19)。其他作品有明显

天气正压机构模式
图3空间格局之间的时间相关的机构作为冬季(DJFM)月度标准化50 kPa位势高度异常在每个时间点和月度远程并置对比模式系列从1960年到2000年。

相关的两个NAO阶段活动的变化北大西洋和欧洲风暴路径和降水在南欧和北非20 [23]。

分析SLP和50-kPa位势高度在过去五年中揭示消极趋势在北极,南极和北太平洋,增加亚热带北大西洋,南欧和北非和疲软的西伯利亚高[6、7]。在北半球海平面气压梯度的增加似乎大大超过模拟内部和anthropogenically迫使可变性[6]。这种变化在欧洲-大西洋部门显然是与积极的趋势NAO指数(图2)。此外,荣格和Hilmer[24]指出,NAO经历了相当大的变化在主要中心的位置,与北方中心对斯堪的纳维亚半岛(冰岛低)取代。这种转变的重大影响,北半球气候,一般来说,但尤为重要,南欧和北非(22、25)。raybet雷竞技最新

2.2。太平洋北美(机构)

太平洋温带大气环流变化部分由罗斯贝波模式起源于西太平洋的亚热带,热带加热[26]与异常有关。传播的波动模式向北美大陆被称为机构模式,同样其南半球总统成为美国(PSA)称为Pacific-South模式(没有显示)。这两种模式可以从自然大气动态产生内部的变化,而且在应对异常海洋加热[7]。虽然NAO模式是由两个中心的行动取代在纬度(图1)典型的冬季机构模式提出了四个行动中心(减幅)覆盖范围广泛的纬向和纵向值之间的起源在亚热带太平洋和北美(图3)。不过,该机构对北美大陆的气候的影响相当,NAO强加的欧洲大陆。raybet雷竞技最新这种影响的结果控制机构模式影响该地区的天气系统,即阿留申低压[27],或阿拉斯加的频率“阻塞事件”和相关的冷空气爆发在美国西部冬季[28]。

长期变化(年代际尺度)活动的机构和PSA模式似乎调制ENSO信号[27]。然而,没有系统性的变化频率或幅度已报告[7]。

3所示。3.1在热带模式的变化。厄尔尼诺南方涛动(ENSO)

之前提到的,与其他大规模的大气环流模式ENSO是真正的海气耦合振荡模式。所以代表大气的ENSO现象,指的是跷跷板在赤道太平洋的压力,以及封装的南太平洋指数或南方涛动指数(SOI);塔希提岛在太平洋中部之间的压力差和澳大利亚北部的达尔文(8、9)。厄尔尼诺现象的特点是一个强大的变暖热带水域的中部和东部太平洋信风的强度下降。这种模式会导致增加(减少)的降水(西方)热带太平洋中部和东部[29]。这些变化发生间歇性地(约每隔3至7年),交替的反相拉尼娜现象的特点是低于平均气温在中部和东部热带水域。它也值得注意,在NAO和机构模式相比,ENSO是全球范围内的气候影响,而不是局限于国米热带带(29、30)。事实上,这些事件的签名在SLP通常延伸到extra-tropical纬度(图4)。

ENSO的频率和强度都已经随风而去,十年纪念和几千年尺度。应用于功率谱分析

ENSO

ENSO

图4空间格局的厄尔尼诺现象为每年4月(5月)之间的时间相关标准化方案得到异常在每个时间点和月度远程并置对比模式系列从1960年到2000年。

图4空间格局的厄尔尼诺现象为每年4月(5月)之间的时间相关标准化方案得到异常在每个时间点和月度远程并置对比模式系列从1960年到2000年。

时间序列的厄尔尼诺事件自1500年以来,通过在秘鲁重建的影响,提出了一个明显的峰值功率谱约80 100 [31]。然而,这些重建可能会误导人,因为他们是高度regionalised,根据有限的纪录片来源或特定的自然代理。可靠的ENSO时间序列应该考虑与这一现象相关的多种影响,因此局限于过去的130 (7、30)。基于这些权威可以,跨越1870年至1920年期间被频繁的厄尔尼诺事件的特征包括几个强大的情况下(图5)。从1920年代到1970年代初ENSO活动相对安静(1941 1942)的重要例外。然而,在过去的三十年里已经有了复苏的大型(例如1982年1983年和1997年1998年)和长期(1991 1995)厄尔尼诺事件(图5),与一个倾向积极在中部和赤道东太平洋海温异常。大1997年厄尔尼诺事件1998年历史上最大的贡献明显在1998年全球平均气温最高记录。此外,极端水文循环与厄尔尼诺事件(如干旱和洪水)可能会更频繁的在一个变暖的世界。目前的海洋大气耦合的气候模型能够再现厄尔尼诺事件和其影响相对较好。raybet雷竞技最新强迫时截然不同的气候变化情景同样模型预测持续ENSOraybet雷竞技最新年际变化[7]。

一年

图5(转载从图3.27 Ref。[7])。基于达尔文的SOI,正常化的单位标准差,从1866年到2005年每月特性值和一个11点低通滤波器,有效地消除波动的时间不到8个月[49]。光滑的黑色曲线显示了年代际变化。红色值显示积极在达尔文,因此海平面气压异常厄尔尼诺现象的条件。(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章)。

一年

图5(转载从图3.27 Ref。[7])。基于达尔文的SOI,正常化的单位标准差,从1866年到2005年每月特性值和一个11点低通滤波器,有效地消除波动的时间不到8个月[49]。光滑的黑色曲线显示了年代际变化。红色值显示积极的海平面气压异常在达尔文和因此厄尔尼诺现象的条件。(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章)。

3.2。热带气旋

TCs是世界上最具有破坏力的自然灾害。因此,大型热带气旋活动的波动是明显的对社会的重要性,尤其是在那些沿海地区人口受到影响。此外,研究热带气旋发生的变化和活动有伟大的科学兴趣,因为他们大对区域和全球气候的影响。raybet雷竞技最新

负责TC发展的物理机制是复杂的,不能完全理解,但众所周知,他们需要高值的海面温度(SST),一个温和的科里奥利力,事先存在天气扰动(通常是一个季风槽或东风波),低风切变[32]。这些先决条件限制的发展TC五热带海洋基地在图6。TC值高海温的依赖已经打开了讨论可能的频率和强度增加TCs在更温暖的气候。raybet雷竞技最新已经提出,海温人为全球变暖引起的上升已经导致了更多的TCs最近几十年(33、34)。这一趋势是否真实或记录的短长度和不均匀性的产物是一种敏锐的科学论证[35]。方法用于检测和测量TC强度在世界不同地区的发展,很难评估这些趋势。此外,有一个相当大的水平自然年际和年代际变化,减少意义归因于长期趋势。特别是,TC可变性在北大西洋的研究基础(研究最多的一个)揭示大型年际和年代际波动风暴频率与不同

热带气旋,1945 - 2006

Saffir-Simpson飓风规模

热带

热带

飓风

飓风

飓风

飓风

飓风

抑郁症

风暴

类别1

第二类

3级

4级

5级

图6热带气旋,1945年2006。联合台风警报中心的数据和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)。许可复制、分发和/或修改本文档根据GNU自由文档许可证,版本1.2或更高版本由自由软件基金会发布,没有不变的部分,没有封面和封底文字。

图6热带气旋,1945年2006。联合台风警报中心的数据和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)。许可复制、分发和/或修改本文档根据GNU自由文档许可证,版本1.2或更高版本由自由软件基金会发布,没有不变的部分,没有封面和封底文字。

大规模的气候现象,如厄尔raybet雷竞技最新尼诺/因此,平流层quasi-biennial振荡和数十年在北大西洋地区的振荡。

传统上,大多数研究TC趋势关注发生的频率(薄弱或没有发现趋势);然而,近年来的研究趋势强度获得的重要性。事实上后者如今被认为是更相关的TC活动指数(无论是在科学和社会经济)比前者,与一个强大的辩论之间发生的那些作者支持趋势强度在过去的几十年里,那些不。现在我们总结双方的观点都有考虑在这个问题上最相关的工作。

两个重要的论文发表在2005年[33、34]发现增加热带太平洋之间的密切关系和强烈的TCs。伊曼纽尔[33]定义索引的总功耗的热带气旋正比于风速的立方体(功耗指数(PDI):

马克斯0

Vmax是传统的最大持续风速测量海拔10米。PDI措施TC的净功率损耗,因此,一个更好的指标比风暴频率或TC的威胁

-大西洋+ W。太平洋PDI

-大西洋+ W。太平洋PDI

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

从图3图7(转载Ref。[33])。每年累计PDI对西方北太平洋和北大西洋,而每年平均SST。HadISST平均在30°和30°N(一个常数抵消)。量都有两次被平滑。这个组合PDI翻了近一倍,在过去30(©自然出版集团)。

一年

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

从图3图7(转载Ref。[33])。每年累计PDI对西方北太平洋和北大西洋,而每年平均SST。HadISST平均在30°和30°N(一个常数抵消)。量都有两次被平滑。这个组合PDI翻了近一倍,在过去30(©自然出版集团)。

强度。在随后的工作[36]作者显示PDI增加了^ 50%的大西洋和西北太平洋盆地自1970年代中期(图7)。韦伯斯特et al。(34岁,37)分析趋势和年代际变化最强烈的飓风,也就是4级5 Saffir辛普森分类(最大持续风速高于115节,1节= 0.5144 m s 1)自1970年以来所有TC盆地。他们发现大幅增加的数量和比例的最强烈的飓风数量几乎翻了一倍之间的两个连续15年时间1975 1989和1990 2004。这些结果已经被其他研究质疑(如[38、39])主要是参加1986年之前的数据质量差,不同强度归因于风暴由不同研究中心[7]。此外,它也一直在强调,强烈的飓风协会与厄尔尼诺事件可能导致人工趋势时这种影响不是从分析中删除。

基于累积旋风能量指数(ACE),风能指数定义为的平方和的估计6 h最大持续风力,Klotzbach[39]没有发现显著的趋势自1986年以来任何TC数据库(图8)。尽管结果有关的差异趋势,所有先前的研究和指标达成协议

一年

1400年

1200年

1000年

1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004

0.50

ti o

0.10

1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004

从图2图8(转载Ref。[39])。上面的图表显示了飓风的能量积累(ACE)索引值为北半球1986 2005 (NH),南半球(SH)和全球。虚线是线性趋势,三条曲线拟合。下面的图显示了五年滑动平均热带海温异常NCEP再分析(23.52°N 23.5°S,所有经度)。热带太平洋的基本周期是1951 1980 (©AGU的)。

1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004

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从图2图8(转载Ref。[39])。上面的图表显示了飓风的能量积累(ACE)索引值为北半球1986 2005 (NH),南半球(SH)和全球。虚线是线性趋势,三条曲线拟合。下面的图显示了五年滑动平均热带海温异常NCEP再分析(23.52°N 23.5°S,所有经度)。热带太平洋的基本周期是1951 1980 (©AGU的)。

强烈的厄尔尼诺/所扮演的角色在TCs的活动和事件。TC活动指数(PDI和ACE)中所达到的最高价值观的主要1998年厄尔尼诺事件发生在1997年。再次,应该强调,大多数这些TC-related指数时间序列较短,特别是ACE指数在1986年才开始,因此不够长,提供可靠的趋势[1]。

长系列的分析,影响气候变化的主要外部营力和模式应该仔细考虑由于强烈inhomogenities系列。raybet雷竞技最新尽管有证据的重要变化的频率TC pre-instrumental时期(例如[40、41]),我们将限制这个简短回顾最均匀的仪器。在任何情况下应该对个人执行这个分析海洋盆地[7],为了适应不同的TC活动的测量方法。在北大西洋盆地,最长的记录从1851年开始,从1930年到1960年是非常活跃的,而之后二十年(1970年代和1980年代)TC活动发生和较低的特点。自1990年代中期以来,活动已经大幅上涨,但两个赛季展示活动高于正常。大西洋SST和所扮演的角色发生的厄尔尼诺现象似乎是两个大西洋TC活动的决定性因素。众所周知,厄尔尼诺现象行为降低TC活动在北大西洋盆地而拉尼娜现象行为增加。在北太平洋西部盆地存在高度的不确定性趋势的意义部分由于较高的年代际变化,也考虑到数据分析的方式。然而,最有趣的结果是自1950年代以来PDI值的两倍,更强烈的趋势TC(类别4和5)。此外,循环相关的变化的影响厄尔尼诺/在这个盆地似乎更重要比变化与当地的太平洋。在厄尔尼诺事件TCs往往更强烈,但是比在拉尼娜年里,获得的结果,与北大西洋盆地。 A similar influence of the El Nino event also occurs in the Eastern North Pacific basin, where above-normal tropical cyclone activity occurs during El Niño years. However, in this case, SST anomalies and the tropical lower stratospheric Quasibiennal Oscillation (QBO) play also a major role [7]. TCs have a higher intensity in the Eastern North Pacific basin when the QBO is in its westerly phase. For the other two remaining basins, the Indian Ocean, Australia and South Pacific, the influence of El Niño is similar to that observed for the North Atlantic basin (although with a minor amplitude) namely with more intense TCs occurring during la Niña years.

只有文档TC的发生在南大西洋盆地接近圣卡塔琳娜州,巴西在2004年3月应采取谨慎,尤其是当它作为一个信号频繁现象在变暖的星球,由于气旋的结构没有同意完全典型的TC一分之一。

3.3。季风

根据Trenberth et al。[42]全球季风系统是一个全球范围内持续推翻的氛围,在整个热带地区,根据时间的不同。这意味着,在热带地区的提升产生强烈的加热,这是平衡与绝热冷却。这样的全球大气颠覆已知区域季风的共同表现在六纬向部门,即:非洲、澳大利亚亚洲、北美、南美洲和太平洋和大西洋的海洋(图9)。这显然是与所谓的季风降水的季节性变化有关,在驾驶中发挥着关键作用季风的发行量通过潜热释放。阴影区域在图9描述六个提到全球季风领域和主要区域

45 n 30 n 15 n EQ 15 s

第一个EOF年度范围

第一个EOF年度范围

45 n 30 n 15 n EQ 15 s

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

一年

从图3图9(转载Ref。[45])。(一)空间格局的主要经验正交函数(EOF)模式的正常年度全球大陆季风地区降水异常范围。大胆的轮廓显示季风域的边界;(b)对应的主成分或年度范围指数(ARI)(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章和©AGU的)。

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

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从图3图9(转载Ref。[45])。(一)空间格局的主要经验正交函数(EOF)模式的正常年度全球大陆季风地区降水异常范围。大胆的轮廓显示季风域的边界;(b)对应的主成分或年度范围指数(ARI)(©剑桥出版社;联合国政府间气候变化专门委员会报告,第三章和©AGU的)。

季风。季风环流的三维结构是复杂的,涉及三个不同的行星尺度特性,即哈德利环流,沃克环流辐合带(ITCZ)。

地区季风活动的变化取决于不同的互动从其他地区发行量。它的量化是依赖不同季风强度的措施。因此,它不直接地址最近的地区季风变化的问题。然而,一些最近发表的作品做目前的趋势在季风循环活动中,通常指的是减少区域mon-soonal系统的强度。例如,斯蒂芬森等。[43],利用再分析数据和简单剪切指标,表明夏季亚洲季风强度已降低1每十年3%的速度。独立,追逐et al。[44]发现季风推翻发行量Australia-Maritime大陆和非洲地区自1950年以来已经减少。

更确凿的证据可以通过调查获得主题从全球的角度来看,也就是说,从全球季风系统定义提出Trenberth et al . [42]。王在这个意义上,丁[45]定义了一个全局的季风雨域根据年度降水范围和量化全球季风降水的强度使用不同的措施。这些作者应用经验正交函数(EOF)正常年度范围异常对全球大陆季风区域,因此确定主要EOF模式与“全球季风系统”(图9)。空间模式显然是一致的与区域季风和相应的第一主成分,创造了年度范围指数(ARI),显示了一个统计上显著的减少趋势在整个期间检查(图9 b)。按照其他研究(例如[44]),自1980年以来一直下降的趋势。虽然阿里礼物重要的年际和年代际变化与厄尔尼诺/。看不同的季风区域强烈的季风降雨强度下降趋势发现孟加拉国北部/印度/青藏高原东部,北部非洲,南美洲中国北部和中部。唯一的增量在西北季风强度是澳大利亚。

4所示。结论

增加大气中温室气体的浓度和海洋必将进一步提高全球平均温度在本世纪末[1]。然而,这种变化不会空间均匀,与极地痛苦增量远高于热带带。此外本章中提到的大规模的驾驶模式的趋势尤其相关,因为他们可能会增强或抑制气候变暖在区域范围内。相关问题的可能的变化是在这种情况下这些热带和extra-tropical模式在全球气候变化。raybet雷竞技最新迄今为止的结果似乎表明,所谓的环形模式北极涛动和南极的振荡NAO有关将来会变得更强烈的[46],虽然信噪比可能不是非常大的[47]。然而,目前的气候模型仍然无法复制观raybet雷竞技最新察振幅和数十年的年际变化趋势的模式,例如,NAO [48]。

一个增强的水文循环,与更多的蒸发和降水在全球范围内,加上变化厄尔尼诺现象的发生频率TCs和季风系统的变化也可能提高极端(洪水和干旱)的概率。不过,没有明确的指示一个重大转变的频率或幅度预测厄尔尼诺事件[7]。因此,这个正在进行的工作应该继续的目的确定气候模型在多大程度上产生现实的变化在目前的气候和评估未来的区域气候变化的分数可以属性未来趋势的热带和热带环流模式,因为这些模式可能是部分负责的区域raybet雷竞技最新差异在未来的气候。

引用

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