Properties of the frequency spectra of the temperature anomalies of ocean surface and near-surface air in a simple stochastic climate model with fluctuating parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The frequency properties of the ocean surface temperature anomalies (SST) and near-surface air (SAT) spectra are analyzed on the basis of a simple energy balance model of the climate, taking into account the fluctuations of the radiation balance, the latent and sensible heat flux and the velocity of the near-surface wind in two particular cases when the statistical properties of the model parameters are the white noise (small-scale-mesoscale subintervals) and the combined case when the properties of the synoptic subinterval of this parameters are taken into account in the SAT block. It was found that in the first case, the spectra have no features, and in the second they contain selected frequencies in the synoptic and low- frequency intervals. The dependent of their frequencies on model parameters are analyzed. The properties of standard deviations of SST and SAT are investigated.

About the authors

D. A. Petrov

Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: democrit1@yandex.ru
Russian Federation, Ul. Ulyanova, 46, Nizhny Novgorod, 603950

References

  1. Монин А.С., Шишков Ю.А. Климат как проблема физики // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 4. С. 419–445.
  2. Дымников В.П., Лыкосов В.Н., Володин Е.М. Проблемы моделирования климата и его изменений: современные проблемы // Вестник РАН. 2012. Т. 82. № 3. С. 227–236.
  3. Голицын Г.С. Статистика и динамика природных процессов и явлений: методы, инструментарий, результаты. М.: URSS, 2013. 400 с.
  4. Монин А.С., Сонечкин Д.М. Колебания климата по данным наблюдений. Тройной солнечный и другие циклы. М.: Наука, 2005. 191 с.
  5. Рожков В.А., Трапезников Ю.А. Вероятностные модели океанологических процессов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 270 с.
  6. Сергин В.Я., Сергин С.Я. Системный анализ проблемы больших колебаний климата и оледенений Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 282 с.
  7. Rapp D. Ice ages and interglacials. Measurement, interpretation and models. South Pasadena: Springer, 2009. 263 p.
  8. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. Палеоклиматология, теория климата. М.: МГУ, 1984. 144 с.
  9. Bond G. et al. A Pervasive Millennial-Scale Cycle in North Atlantic Holocene and Glacial Climate // Science. 1997. V. 278. P. 1257–1266.
  10. Heinrich H. Origin and consequences of cyclic ice rafting in the Northeats Atlantic Ocean during the past 130000 years //Quaternary Res. 1988. V. 29. P. 142–152.
  11. Tsuchiya C., Sato K., et al. Universal frequency spectra of surface meteorological fluctuation // J. Climate. 2011. V. 24. P. 4718–4732.
  12. Hasselmann K. Stochastic climate model. Part 1. Theory // Tellus. 1976. V. 28. № 6. P. 473–485.
  13. Dickinson R.E. Convergence rate and stability of ocean-atmosphere coupling schemes with a zero-dimensional climate model // J. Atmos. Sci. 1981. V. 38. P. 2112–2120.
  14. Зубарев А.П., Демченко П.Ф. Предсказуемость среднеглобальной температуры воздуха в простой стохастической модели взаимодействия атмосферы и океана // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1992. Т. 28. № 1. С. 27–32.
  15. Демченко П.Ф., Кислов А.В. Стохастическая динамика природных объектов. Броуновское движение и геофизические приложения. М.: ГЕОС, 2010. 190 с.
  16. Sura P., Newman M. The impact of rapid wind variability upon air-sea thermal coupling // J. Climate. 2008. V. 21. P. 621–637.
  17. Sura P., Sardeshmukh P.D. A global view of air-sea thermal coupling and related non-Gaussian SST variability // Atmos. Res. 2009. V. 94. P. 140–149.
  18. Питербарг Л.И. Динамика и прогноз крупномасштабных аномалий температуры поверхности океана (Статистический подход). Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 200 с.
  19. Каган Б.А., Рябченко В.А., Сафрай А.С. Реакция системы океан-атмосфера на внешние воздействия. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 304 с.
  20. Bumke K., Schlundt M. et al. Measured and parameterized energy fluxes estimated for Atlantic transects of R/V Polarstern // J. Phys. Ocenography. 2014. V. 44. P. 482–491.
  21. Hsu S.A. A relationship between the Bowen ratio and Sea-Air temperature difference under unstable condition at sea // J. Phys. Oceanography. 1998. V. 22. P. 2222–2226.
  22. Бышев В.И., Иванов Ю.А. Временные спектры некоторых характеристик атмосферы над океаном // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1969. Т. 5. № 1. С. 17–28.
  23. Zolina O., Gulev S.K. Synoptic variability of ocean atmosphere turbulent fluxes associated with atmospheric cyclones // J. Climate. 2003. V. 16. P. 2717–2734.
  24. Демченко П.Ф. Оценки дисперсии среднеполушарной температуры по спутниковым наблюдениям за флуктуациями радиационного баланса // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1982. Т. 18. № 2. С. 138–144.
  25. Liang X., Wunsch C. et al. Vertical redistribution of oceanic heat content // J. Climate. 2015. V. 28. P. 3821–3833.
  26. Зубарев А.П. Теоретическая оценка влияния интенсивности синоптических пульсаций скорости ветра и радиационного баланса на флуктуации температуры воздуха // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1992. Т. 28. № 6. С. 574–581.
  27. Hoffman R.N., Ardizzone J.V. et al. Error estimates for ocean surface winds: applying desroziers diagnostics to the cross-calibrated, multiplatform analysis of wind speed //J. Atmos. and Ocenic technol. 2013. V. 30. P. 2596–2603.
  28. Huang Yi, Ramaswamy V. Evolution and trend of the outgoing longwave radiation spectrum // J. Climate. 2009. V. 22. P. 4637–4651.
  29. Ruzmaikin A., Aumann H.H., Jiang J.H. Interhemispheric variability of Earth`s radiation // J. Atmos. Sci. 2015. V. 72. P. 4615–4628.
  30. Fredriksen H.-B., Rypdal K. Spectral Characteristics of Instrumental and Climate Model Surface Temperatures // J. Climate. 2016. V. 29. P. 1253–1268.
  31. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. Радио, 1966. 778 с.
  32. Привальский В.Е. Климатическая изменчивость. Стохастические модели, предсказуемость, спектры. М.: Наука, 1985. 183 с.
  33. Deser C., Alexander M.A., et al. Sea surface temperature variability: patterns and mechanisms // Annu. Rev. Mar. Sci. 2010. V. 2. P. 115–143.
  34. Wang A., Zeng X. Development of global hourly land surface air temperature datasets // J. Climate. 2013. V. 26. P. 7676–7691.
  35. Гройсман П.Я. Оценки изменчивости средней годовой зональной температуры воздуха //Метеорология и гидрология. 1987. № 3. С. 103–105.
  36. Петров Д.А. Влияние флуктуаций коэффициента линейной обратной связи на частотный спектр осредненной температуры в простой энергобалансовой модели климата // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 5. С. 565–574.
  37. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Т. 2. М.: Наука, 1978. 463 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies