International Journal of Climatology

Chúng tôi đã tạo ra một tập dữ liệu mới về dữ liệu khí hậu tháng được nội suy không gian cho các vùng đất toàn cầu với độ phân giải không gian rất cao (khoảng 1 km²). Tập dữ liệu này bao gồm nhiệt độ hàng tháng (tối thiểu, tối đa và trung bình), lượng mưa, bức xạ mặt trời, áp suất hơi nước và tốc độ gió, được tổng hợp trong khoảng thời gian mục tiêu từ 1970–2000, sử dụng dữ liệu từ 9000 đến 60 000 trạm khí tượng. Dữ liệu từ các trạm khí tượng được nội suy bằng cách sử dụng spline mỏng với các biến covariate bao gồm độ cao, khoảng cách đến bờ biển và ba biến covariate từ vệ tinh: nhiệt độ bề mặt đất tối đa và tối thiểu cũng như độ che phủ mây, thu được từ nền tảng vệ tinh MODIS. Việc nội suy được thực hiện cho 23 khu vực với kích thước khác nhau tùy thuộc vào mật độ trạm. Dữ liệu vệ tinh đã cải thiện độ chính xác dự đoán cho các biến nhiệt độ từ 5–15% (0.07–0.17 °C), đặc biệt là cho các khu vực có mật độ trạm thấp, mặc dù sai số dự đoán vẫn cao trong những khu vực đó cho tất cả các biến khí hậu. Đóng góp của các biến covariate từ vệ tinh hầu như không đáng kể đối với các biến khác, mặc dù tầm quan trọng của chúng thay đổi theo khu vực. Trái ngược với cách tiếp cận thông thường là sử dụng một mô hình đơn cho toàn cầu, chúng tôi đã xây dựng sản phẩm cuối cùng bằng cách chọn mô hình hoạt động tốt nhất cho từng khu vực và biến. Các tương quan kiểm định chéo toàn cầu đạt ≥ 0.99 cho nhiệt độ và độ ẩm, 0.86 cho lượng mưa và 0.76 cho tốc độ gió. Thực tế là hầu hết các ước lượng bề mặt khí hậu của chúng tôi chỉ được cải thiện một cách marginal bởi việc sử dụng các biến covariate từ vệ tinh nhấn mạnh tầm quan trọng của việc có một mạng lưới dữ liệu khí tượng dày đặc và chất lượng cao.

Bài báo này mô tả việc xây dựng một bộ dữ liệu khí hậu lưới cập nhật (được gọi là CRU TS3.10) từ các quan sát hàng tháng tại các trạm khí tượng trên khắp các vùng đất của thế giới. Các sai lệch tại trạm (so với trung bình giai đoạn 1961 đến 1990) được nội suy vào các ô lưới vĩ độ/kinh độ 0,5° bao phủ bề mặt đất toàn cầu (không bao gồm Antarctica), và được kết hợp với một khí hậu hiện có để nhận được các giá trị hàng tháng tuyệt đối. Bộ dữ liệu bao gồm sáu biến khí hậu chủ yếu độc lập (nhiệt độ trung bình, biên độ nhiệt độ ngày, lượng mưa, tần suất ngày ẩm, áp suất hơi và độ che phủ mây). Nhiệt độ tối đa và tối thiểu được suy ra một cách toán học từ các biến này. Các biến thứ cấp (tần suất ngày sương giá và bốc hơi tiềm năng) được ước lượng từ sáu biến chính bằng cách sử dụng các công thức nổi tiếng. Chuỗi thời gian cho các trung bình bán cầu và 20 khu vực quy mô bán châu lục lớn đã được tính toán (cho nhiệt độ trung bình, tối đa và tối thiểu cũng như tổng lượng mưa) và so sánh với một số sản phẩm lưới tương tự. Bộ dữ liệu mới có sự so sánh rất tích cực, với các sai lệch chính chủ yếu ở các vùng và/hoặc thời kỳ có ít dữ liệu quan sát hơn. CRU TS3.10 bao gồm các chẩn đoán liên quan đến từng giá trị nội suy cho biết số lượng trạm được sử dụng trong nội suy, cho phép xác định độ tin cậy của các giá trị một cách khách quan. Sản phẩm lưới này sẽ được cung cấp công khai, bao gồm cả chuỗi số liệu của các trạm đầu vào (http://www.cru.uea.ac.uk/ và http://badc.nerc.ac.uk/data/cru/). © 2013 Hiệp hội Khí tượng Hoàng gia

Đánh giá sự tiến bộ trong khí hậu đô thị suốt hai thập kỷ qua kể từ khi xuất bản lần đầu tiên của tạp chí International Journal of Climatology. Nhấn mạnh rằng khí hậu đô thị trong giai đoạn này đã được hưởng lợi từ những tiến bộ về khái niệm trong vi khí hậu học và khí hậu lớp ranh giới nói chung. Vai trò của quy mô, tính không đồng nhất, các khu vực nguồn động năng cho dòng chảy hỗn loạn và sự phức tạp được giới thiệu bởi lớp thô dưới cùng trên các yếu tố thô cứng cao của thành phố được mô tả. Sự đa dạng của các đảo nhiệt đô thị, tùy thuộc vào phương tiện cảm nhận và kỹ thuật cảm nhận, được giải thích. Bài đánh giá tập trung vào hai lĩnh vực trong khí hậu đô thị. Đầu tiên, đánh giá sự tiến bộ trong nghiên cứu các quá trình khí hậu đô thị được chọn liên quan đến sự hỗn loạn khí quyển đô thị (bao gồm độ thô bề mặt) và các quá trình trao đổi năng lượng và nước, tại những quy mô xem xét từ các khía cạnh riêng lẻ của môi trường đô thị, qua các con phố và khối phố đến các khu dân cư. Thứ hai, khám phá tài liệu về trường nhiệt độ đô thị. Tình trạng kiến thức về các đảo nhiệt đô thị khoảng năm 1980 được mô tả và công việc kể từ đó được đánh giá dựa trên những điểm tương đồng và khác biệt với tình huống đó. Cuối cùng, những tiến bộ chính được tóm tắt và các khuyến nghị cho công việc về khí hậu đô thị trong tương lai được đưa ra. Bản quyền © 2003 Hiệp hội Khí tượng Hoàng gia.

Hiện nay có một lượng lớn tài liệu được công bố về những điểm mạnh và yếu của các phương pháp hạ xuống cho các biến khí hậu khác nhau, ở những vùng miền và mùa khác nhau. Tuy nhiên, rất ít sự chú ý được dành cho việc lựa chọn phương pháp hạ xuống khi xem xét các tác động của biến đổi khí hậu đối với hệ thống thủy văn. Bài báo tổng quan này đánh giá tài liệu hạ xuống hiện tại, xem xét những phát triển mới trong lĩnh vực hạ xuống đặc biệt cho các tác động thủy học. Các phần tập trung vào khái niệm hạ xuống; các phương pháp mới; các nghiên cứu phương pháp so sánh; mô hình hóa các cực trị; và ứng dụng vào các tác động thủy học.

Tiếp theo, chúng tôi xem xét các phát triển mới trong việc xây dựng kịch bản khí hậu có thể cung cấp nhiều tiềm năng nhất cho sự tiến bộ trong cộng đồng ‘hạ xuống cho tác động thủy học’, như mô hình hóa xác suất, quy mô họa tiết và hạ xuống của nhiều biến và đề xuất các cách mà chúng có thể được kết hợp với các kỹ thuật hạ xuống trong khuôn khổ kịch bản biến đổi khí hậu xác suất để đánh giá những bất định liên quan đến các dự báo trong tương lai. Trong các nghiên cứu tác động thủy học, vẫn còn ít sự xem xét dành cho nghiên cứu ứng dụng; cách mà các kết quả có thể được sử dụng tốt nhất để giúp các bên liên quan và nhà quản lý đưa ra quyết định sáng suốt, vững chắc về các chiến lược thích ứng và giảm thiểu trong bối cảnh nhiều bất định về tương lai. Chúng tôi gợi ý rằng cần có sự chuyển đổi từ các nghiên cứu so sánh sang cung cấp các công cụ ra quyết định cho việc lập kế hoạch và quản lý mà vững chắc trước những bất định trong tương lai; với việc xem xét và hiểu rõ những bất định trong hệ thống mô hình hóa. Bản quyền © 2007 Hiệp hội Khí tượng Hoàng gia.

Chúng tôi trình bày một tập dữ liệu chuỗi thời gian khí hậu có độ phân giải hàng ngày đã được biên soạn cho Đánh giá Khí hậu Châu Âu (ECA). Tính đến tháng 12 năm 2001, tập dữ liệu ECA này bao gồm 199 chuỗi về nhiệt độ tối thiểu, tối đa và/hoặc nhiệt độ trung bình hàng ngày, cùng với 195 chuỗi về lượng mưa hàng ngày được quan sát tại các trạm khí tượng ở Châu Âu và Trung Đông. Gần như tất cả các chuỗi đều bao phủ giai đoạn tiêu chuẩn bình thường từ năm 1961 đến 1990, và khoảng 50% kéo dài ít nhất từ năm 1925. Một phần của tập dữ liệu (90%) được cung cấp cho nghiên cứu khí hậu trên CDROM và qua Internet (tại http://www.knmi.nl/samenw/eca).

So sánh tập dữ liệu ECA với các tập dữ liệu lưới có độ phân giải hàng tháng cho thấy hệ số tương quan giữa các trạm ECA và các ô lưới đất liền gần nhất trong khoảng thời gian từ 1946 đến 1999 cao hơn 0.8 cho 93% số chuỗi nhiệt độ và 51% số chuỗi lượng mưa. Các xu hướng tổng thể trong tập dữ liệu ECA có độ lớn tương đương với những xu hướng trong các tập dữ liệu lưới.

Tiềm năng của tập dữ liệu ECA cho các nghiên cứu khí hậu được chứng minh qua hai ví dụ. Trong ví dụ đầu tiên, cho thấy rằng sự ấm lên vào mùa đông (tháng 10–tháng 3) ở Châu Âu trong giai đoạn 1976-1999 đi kèm với một xu hướng tích cực trong số ngày sóng ấm tại hầu hết các trạm, nhưng không đi kèm với một xu hướng tiêu cực trong số ngày sóng lạnh. Thay vào đó, số ngày sóng lạnh tăng lên trên khắp Châu Âu. Trong ví dụ thứ hai, được chỉ ra rằng đối với lượng mưa vào mùa đông giữa năm 1946 và 1999, các xu hướng tích cực trong lượng mưa trung bình mỗi ngày ẩm chiếm ưu thế ở những khu vực đang trở nên khô hơn và ẩm hơn.

Mô hình sinh thái trên quy mô cảnh quan đã gặp khó khăn do thiếu các tập dữ liệu khí tượng bề mặt có độ phân giải cao phù hợp. Để khắc phục những hạn chế này, những thuộc tính không gian mong muốn của dữ liệu khí hậu dạng lưới được kết hợp với những thuộc tính tạm thời mong muốn của tái phân tích quy mô vùng và lượng mưa dựa trên trạm đo hàng ngày để tạo ra một tập dữ liệu khí tượng bề mặt dạng lưới hoàn chỉnh về không gian và thời gian, có độ phân giải cao (4-km) cần thiết trong mô hình sinh thái cho các tiểu bang liên tục của Hoa Kỳ từ năm 1979 đến 2010. Việc xác thực dữ liệu khí tượng bề mặt dạng lưới thu được, bằng cách sử dụng mạng lưới rộng lớn các trạm khí tượng tự động trên khắp miền Tây Hoa Kỳ, cho thấy kỹ năng so với việc nội suy sử dụng dữ liệu quan sát từ các trạm, cho thấy nó có thể được coi là một đại diện phù hợp cho mô hình sinh thái trên quy mô cảnh quan ở những khu vực rộng lớn chưa được giám sát của Hoa Kỳ. Bản quyền © 2011 Hiệp hội Khí tượng Hoàng gia

Hiện tượng El Niño/Hu问题 (ENSO) vẫn là hiện tượng kết hợp giữa đại dương và khí quyển quan trọng nhất, gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu theo mùa đến hàng năm. Bài báo này đề cập đến nhu cầu về một chỉ số ENSO đáng tin cậy cho phép xác định lịch sử các sự kiện ENSO trong hồ sơ công cụ tính từ năm 1871. Chỉ số ENSO Đa Biến (MEI) ban đầu được định nghĩa là thành phần chính thay đổi theo mùa đầu tiên của sáu trường biến đổi khí quyển - đại dương (COADS) trong vùng nhiệt đới Thái Bình Dương. Nó cung cấp một mô tả toàn diện và linh hoạt hơn về hiện tượng ENSO hơn so với các chỉ số ENSO đơn biến như SOI hoặc SST Niño 3.4. Tại đây, chúng tôi mô tả nỗ lực của mình để tinh giản khái niệm MEI xuống các thành phần thiết yếu nhất (dựa trên SLP, SST) nhằm thực hiện các phân tích lịch sử, kéo dài hơn gấp đôi khoảng thời gian hồ sơ của nó từ 1871–2005. MEI.ext mới xác nhận rằng hoạt động ENSO đã trải qua một giai đoạn im ắng vào giữa thế kỷ 20, nhưng thực tế cũng phổ biến như một thế kỷ trước đây so với các thập kỷ gần đây. Chúng tôi chẩn đoán các mối quan hệ mạnh giữa biên độ cực đại của các sự kiện ENSO và thời gian xảy ra của chúng, cũng như giữa biên độ cực đại của chúng và độ cách quãng (tính chu kỳ). Nỗ lực của chúng tôi được thiết kế để hỗ trợ việc đánh giá các điều kiện ENSO qua một khoảng thời gian dài nhất có thể, nhằm có thể phân biệt giữa hành vi ENSO ‘tự nhiên’ với tất cả các khía cạnh phong phú, và ‘Thế giới Mới Dũng Cảm’ của hiện tượng này trong bối cảnh khí hậu phát triển liên quan đến khí nhà kính. Cho tới nay, không có hành vi nào của các sự kiện ENSO gần đây xuất hiện chưa từng có, bao gồm độ dài, thời gian bắt đầu và độ cách quãng trong vài thập kỷ qua so với một thế kỷ trước đó.

Khí hậu và thời tiết là một ví dụ điển hình về việc mà nhiều hiện tượng phức tạp có nhiều chiều gặp nhau. Hệ thống khí quyển là kết quả của các tương tác phức tạp giữa nhiều mức độ tự do hoặc các chế độ. Để hiểu rõ hơn về hành vi động lực/ vật lý liên quan, việc cố gắng hiểu các tương tác của chúng dựa trên một số lượng nhỏ các chế độ biến thiên nổi bật là hữu ích. Điều này đã dẫn đến sự phát triển của các phương pháp mà các nhà nghiên cứu khí quyển đã xây dựng để cung cấp một hình ảnh không gian và hình ảnh thời gian của các dữ liệu khí quyển lớn trong không-thời gian.

Các hàm trực giao thực nghiệm (EOFs) lần đầu tiên được sử dụng trong khí tượng vào cuối những năm 1940. Phương pháp này, phân rã một trường không-thời gian thành các mẫu không gian và các chỉ số thời gian liên quan, đã đóng góp nhiều vào sự hiểu biết của chúng ta về khí quyển. Tuy nhiên, do khí quyển chứa tất cả các loại đặc điểm, ví dụ như ổn định và lan truyền, EOFs không thể cung cấp một bức tranh đầy đủ. Ví dụ, EOFs thường, nhìn chung, rất khó để diễn giải vì các thuộc tính hình học của chúng, chẳng hạn như đặc điểm toàn cầu và tính trực giao trong không gian và thời gian. Để có được các đặc điểm địa phương hơn, các sửa đổi, chẳng hạn như các EOF xoay (REOFs), đã được giới thiệu. Đồng thời, vì những phương pháp này không thể xử lý các đặc điểm lan truyền, vì chúng chỉ sử dụng tương quan không gian của trường, việc sử dụng cả thông tin không gian và thời gian là cần thiết để xác định các đặc điểm như vậy. Các EOF mở rộng và phức tạp đã được giới thiệu để phục vụ cho mục đích đó.

Vì tính quan trọng của EOFs và các phương pháp liên quan trong khoa học khí quyển, và vì các đánh giá hiện có về chủ đề này đã hơi lỗi thời, dường như có sự cần thiết phải cập nhật kiến thức của chúng ta bằng cách bao gồm các phát triển mới mà chưa được trình bày trong các đánh giá trước đây. Bài đánh giá này đề xuất đạt được chính xác mục tiêu này. Lý thuyết cơ bản của các loại EOF chính được xem xét và một loạt các ứng dụng sử dụng các tập dữ liệu khác nhau cũng được cung cấp. Bản quyền © 2007 Hiệp hội Khí tượng Hoàng gia