天气极端事件中普适标度的涌现
大气与海洋物理
2022-09-07 v1 统计力学
物理与社会
摘要
近年来，受人为气候变化影响，天气极端事件的频率与强度显著上升。然而，其全局统计特征与潜在物理机制仍未被充分理解。本文采用基于统计物理与概率论的方法研究极端天气事件的本质，尤其是逐日气温差的统计。这些统计测量揭示，极端事件量值的分布满足普适的 Gumbel 分布，而其等待时间则由普适的 Gamma 函数支配。进一步的有限尺寸效应分析表明存在稳健的标度行为。我们另揭示，记录事件间对数等待时间的累积分布服从 Exponential 分布，且该气候系统的演化具有方向性，其潜在动力学与张力的减速释放相关。这些普适标度律极为稳定，不受全球变暖影响。与记录动力学的预期相反，我们发现极端温度变率的“quake”数目并不随时间以一除以时间的方式衰减，而是呈现出与大规模气候极端事件相关的偏离。我们的理论框架为普适性、标度与气候系统之间的联系提供了新视角。这些发现阐明了天气变率的本质，并有助于更好地预报极端事件。
引用
@article{arxiv.2209.02292,
title = {Emergence of universal scaling in weather extreme events},
author = {Qing Yao and Jingfang Fan and Jun Meng and Valerio Lucarini and Henrik Jeldtoft Jensen and Kim Christensen and Xiaosong Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.02292},
year = {2022}
}