Relative contributions of global warming, AMO and IPO to the land precipitation variabilities since 1930s

摘要：

本文主要研究了20世紀30年代以來，GW、AMO和IPO對陸地降水變化的貢獻。首先通過對陸地降水和SST進行SVD分析，陸地降水的年代際變化影響主要體現(xiàn)為GW、AMO和IPO三種不同的海表面模式。并且時間的推移和空間的不同，會影響因素的重要性排序。作者也通過information flow 對它們之間的因果關(guān)系進行驗證。并且利用模式數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)印度洋在AMO和IPO與降水變化方面起著關(guān)鍵作用。本文確定了影響不同季節(jié)陸地降水趨勢/年代際變化的主要模式，并定量評估其相對貢獻。

數(shù)據(jù)：

月降水數(shù)據(jù)：CRU、GPCC

SST：HadISST、ERSSTv3

GW：45°S和60°N之間的全球SST年平均

AMO、IPO：https://www.esrl.NOAA.gov/PSD/data/clima-teindices/list/

方法：

SVD：識別主要降水模式及其與SST的耦合

多元線性回歸：評估GW、AMO和IPO對全球陸地降水變化的相對貢獻。

信息流：計算因果關(guān)系

結(jié)論：

1，影響降水變化趨勢的主要海表面溫度模式

下圖可以看出SVD分解之后，JJA期間前三個模態(tài)的方差分別占48.7%、24.3%和8.5%，DJF期間的方差分別占42.7%、28.3%和9.7%。

圖A顯示：第一SST模式除亞熱帶中太平洋以外出現(xiàn)統(tǒng)一SST變暖。亞熱帶中太平洋SST冷卻，這意味著第一SST模式可能與年代際/年代際振蕩混合，SVD分析無法將其分離。

圖C顯示：PC1顯示，PR和SST與全球平均SST(GW)的趨勢一致。從1943年到1970年，存在微弱的下降趨勢，可能與該時期人為氣溶膠導(dǎo)致的全球平均溫度變化有關(guān)，也可能是由于殘留的年代際/年代際SST信號。

圖B顯示：隨著SST的增加，熱帶地區(qū)的降水量在第一種模式下普遍減少。

圖D顯示：第二SST模式體現(xiàn)為整個北大西洋和北太平洋大部分地區(qū)的暖異常為特征。

圖F顯示：1950年之后，SST和降水的時間序列顯示出與AMO指數(shù)一致的變化，盡管在1950年之前存在一些差異。SST時間序列與AMO指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)高達0.78。也就是說，第二SST模式基本上來自AMO。

圖G-I顯示：第三SST模式體現(xiàn)的太平洋所示的馬蹄形SSTA模式與IPO信號相似它們之間的相關(guān)系數(shù)高達0.83。但第三SST模式對降水的方差的貢獻僅為8.5%。與IPO相關(guān)的降雨變異性表明，除剛果盆地外，幾乎整個非洲都存在相當微弱的正異常。在南美洲，在巴西高原東部觀察到正降雨異常。

2，回歸

上述結(jié)果表明，GW、AMO和IPO是導(dǎo)致陸地降水趨勢/年代際變化的三種主要模式。接下來，研究了對高緯度地區(qū)陸地降水趨勢/年代際變化的影響。（進行定量研究）

首先，對GW進行濾波去除高頻信號——雖然進行回歸/相關(guān)計算，但此處想要研究海表增溫對于降水變化之間的關(guān)系，所以直接提取趨勢變化不用考慮去趨勢。而對于AMO和IPO 主要要看其年代際變化的影響所以要進行9年濾波。（但是為什么是9年不是10年？）

本文進行回歸之后還將回歸之后的圖和SVD分解之后的圖進行相關(guān)計算。

3，GW AMO IPO 對降水的相對貢獻

通過計算多元線性擬合計算三個因素對降水的再現(xiàn)程度，進行分析后發(fā)現(xiàn)并非所有陸地降水的低頻變化都可以用這三種模式來解釋。平均而言，它們可以產(chǎn)生大約30%的趨勢/年代際變化。

4，因果關(guān)系分析

顯然，GW與許多地區(qū)的降水量有顯著的因果關(guān)系，eg: 與格陵蘭島、斯堪的納維亞半島、加拿大地盾、北美五大湖南部、南美洲南部、非洲、歐亞大陸中部和北部以及澳大利亞西部的

AMO在薩赫勒、西伯利亞、美國南部、南美洲東北部和澳大利亞中部，因果關(guān)系是顯著的，這意味著AMO可以解釋這些地區(qū)的降水變化。

IPO在美國西南部、南美洲東北部和南部、非洲南部、哈薩克斯坦和烏茲別克斯坦等地發(fā)現(xiàn)了顯著的因果關(guān)系

最后的模式實驗是對不同海表溫度進行劃分，分為四種情況，將不同情況的降水和風場進行差異分析。

文章來源：

Tao, L., Liang, X.S., Cai, L.?et al.?Relative contributions of global warming, AMO and IPO to the land precipitation variabilities since 1930s.?Clim Dyn?56, 2225–2243 (2021). https://doi.org/10.1007/s00382-020-05584-w