格拉菲，维拉·梅琳达;瓦莱里奥·卢卡里尼;杰伦·沃特斯 基于大偏差理论的大气环流简化模型中热浪和冷期分析。 （英语） Zbl 07382819号 《统计力学杂志》。理论实验。 2019年，第3期，文章ID 033404，39 p.（2019）. 摘要：我们使用大偏差理论研究了温度异常的时间持续和空间扩展的极端事件，即热浪和寒流。为此，我们考虑了一个简化的但类似地球的大气环流模型，并对中纬度地区近地表温度的大偏差率函数进行了数值估算。我们发现，在基于积分自相关的重新规范化之后，通过在空间局部查找长时间平均值而获得的给定纬度的速率函数与通过在时间局部查找沿纬度的大空间平均值而得到的速率函数一致。这是时空湍流的尺度对称性和平流主要是纬向的事实的结果。这一一致性暗示了温度场大偏差的普遍性。此外，我们发现获得的速率函数能够描述在大空间尺度上执行的空间平均值的时间平均值的统计，从而允许人们查看时空大偏差。最后，我们发现，由于对速率函数进行了修改，当查看在中间尺度上执行的空间平均值时，较大的偏差相对更容易发生。这是由于存在与大气低频变化相关的天气模式，而大气低频变化是造成持续时间较长的热浪或冷期的原因。使用极值理论对我们的结果进行基准测试。 引用于5文件 MSC公司： 82至XX 统计力学，物质结构 软件：对;靴子;LMOMENTS公司;伊斯梅夫;引导库 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{V.M.Gálfi}等人，《统计力学杂志》。理论实验2019，第3期，文章ID 033404，39页（2019；Zbl 07382819） 全文： 内政部 arXiv公司 参考文献： [1] Balkema，A.A。；de Haan，L.，《大年龄剩余寿命》，Ann.Probab。，2, 792-804 (1974) ·Zbl 0295.60014号 ·doi:10.1214/aop/1176996548 [2] Barriopedro博士。；Fischer，E。；Luterbacher，J。；特里戈·R。；Garcia-Herrera，R.，《2010年炎热的夏天：重新绘制欧洲温度记录图》，《科学》，33220-224（2011）·doi:10.1126/science.1201224 [3] Biferale，L.，湍流和壳模型中的概率分布函数，Phys。流体A，5428（1993）·Zbl 0825.76366号 ·doi:10.1063/1.858866 [4] Billingsley，P.，《概率与测度》（1995），纽约：威利出版社，纽约·Zbl 0822.60002号 [5] 搅拌机，R。；Fraedrich，K。；Sienz，F.，《1/F附近长期记忆过程中的极端事件返回时间，非线性过程》。地球物理学。，15, 557-565 (2008) ·doi:10.5194/npg-15-557-2008年 [6] Bódai，T.，《动力系统中的极值分析：两个案例研究》，392-429（2017），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥 [7] Bouchet，F。；Venaille，A.，二维和地球物理流的统计力学，Phys。代表，515，227-295（2012）·doi:10.1016/j.physrep.2012.02.001 [8] Bouchet，F。；Nardini，C。；Tangarife，T.，《二维和地转湍流涡旋动力学的随机平均、大偏差和随机跃迁》，流体动力学。第46号决议（2014年）·doi:10.1088/0169-5983/46/6/061416 [9] A.坎蒂。；Ripley，B.D.，Boot:Bootstrap R（S-Plus）函数，R包版本1.3-20（2017） [10] Castillo，E.，《工程中的极值理论》（1988），纽约：学术出版社，纽约·Zbl 0657.62004号 [11] Coles，S.，《极值统计建模导论》（2001），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 0980.62043号 [12] Cramér，H.，Sur un newavau thee orème limite dans la theéorie des probabilityés，《概率共谋座谈会》，第3卷，2-23（1938），巴黎：赫尔曼，巴黎 [13] 戴维森，A.C。；Hinkley，D.V.，Bootstrap Methods and their Applications（1997），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥·Zbl 0886.62001号 [14] De Cruz，L。；舒伯特，S。；德迈耶，J。；卢卡里尼，V。；Vannisem，S.，探索高维大气和气候模型的Lyapunov不稳定性，非线性过程。地球物理学。，2018年，387-412（2018）·doi:10.5194/npg-25-387-2018 [15] Deidda，R.，《时空多重分形框架中的降雨降尺度》，《水资源》。决议，36，1779-1794（2000）·doi:10.1029/2000/WR900038 [16] Dell'Aquila，A。；卢卡里尼，V。；鲁蒂，P.M。；Calmanti，S.，《NCEP-NCAR和ECMWF再分析中北半球中纬度大气变率的Hayashi光谱》，Clim。动态。，25, 639-652 (2005) ·doi:10.1007/s00382-005-0048-x [17] den Hollander，F.，《大偏差》（2000），普罗维登斯，RI:美国数学学会，普罗维登斯，RI·Zbl 0949.60001号 [18] Donsker，M。；Varadhan，S.，大时间内某些马尔可夫过程期望的渐近评估。一、 Commun公司。纯应用程序。数学。，28, 1-47 (1975) ·Zbl 0323.60069号 ·doi:10.1002/cpa.3160280102 [19] Donsker，M。；Varadhan，S.，大时间内某些马尔可夫过程期望的渐近评估。二、 Commun公司。纯应用程序。数学。，28, 279-301 (1975) ·Zbl 0348.60031号 ·doi:10.1002/cpa.3160280206 [20] Donsker，M。；Varadhan，S.，大时间内某些马尔可夫过程期望的渐近评估。三、 Commun公司。纯应用程序。数学。，29, 389-461 (1976) ·Zbl 0348.60032号 ·doi:10.1002/cpa.3160290405 [21] Donsker，M。；Varadhan，S.，大时间内某些马尔可夫过程期望的渐近评估。四、 Commun公司。纯应用程序。数学。，36, 183-212 (1983) ·Zbl 0512.60068号 ·doi:10.1002/cpa.3160360204 [22] 伊斯特林，D。；Meehl，G。；巴马桑，C。；Changnon，S。；卡尔，T。；Mearns，L.，《气候极端：观测、建模和影响》，《科学》，2892068-2074（2000）·doi:10.1126/science.289.5487.2068 [23] 埃克曼，J.P。；Ruelle，D.，混沌和奇怪吸引子的遍历理论，Rev.Mod。物理。，57, 617-656 (1985) ·Zbl 0989.37516号 ·doi:10.103/修订版物理版57.617 [24] Ellis，R.，一般类随机向量的大偏差，Ann.Probab。，12, 1-12 (1984) ·Zbl 0534.60026号 ·doi:10.1214操作/1176993370 [25] Embrechts，P。；克鲁珀伯格，C。；Mikosch，T.，《保险和金融极端事件建模》（1997），柏林：施普林格出版社，柏林·兹伯利0873.62116 [26] 方，J-Q；Liu，G.，气候变化与历史时期东亚游牧南迁的关系，Clim。变更，22，151-168（1992）·doi:10.1007/BF00142964 [27] Faranda，D。；Messori，G。；Yiou，P.，北大西洋可预测性和极值的动力学代表，科学。众议员，7，41278（2017）·doi:10.1038/srep41278 [28] 费罗，C.A.T。；Segers，J.，《极值簇的推断》，J.R.Stat.Soc.B，65，545-556（2003）·Zbl 1065.62091号 ·doi:10.1111/1467-9868.00401 [29] Fisher，R.A。；Tippett，L.H C.，样本最大或最小成员频率分布的极限形式，24180-190（1928）·doi:10.1017/S0305004100015681 [30] Fraedrich，K。；Boettger，H.，《50°N下500 mb位势的波数-频率分析》，J.Atmos。科学。，35, 745-750 (1978) ·doi:10.1175/1520-0469（1978）035<0745:AWFAOT>2.0.CO；2 [31] Fraedrich，K。；Jansen，H。；柯克，E。；Luksch，U。；Lunkeit，F.，《行星模拟器：朝向用户友好的模型，Meteorol》。Z.，44，299-304（2005）·doi:10.1127/0941-2948/2005/0043 [32] 弗雷德里奇，K。；柯克，E。；Lunkeit，F.，美洲狮便携式大学大气模型，技术报告（2009年）·doi:10.2312/WDCC/DKRZ_Report_No16 [33] Fraedrich，K。；柯克，E。；Luksch，U。；Lunkeit，F.，《便携式大学大气模型（PUMA）：风暴轨迹动力学和低频变化》，Meteorol。Z.，14，735-745（2005）·文件编号：10.1127/0941-2948/2005/0074 [34] 加尔菲，V。；Bódai，T。；Lucarini，V.，两层准营养大气模式中极值统计的收敛，复杂性，2017，5340858（2017）·Zbl 1373.86006号 ·doi:10.1155/2017/5340858 [35] 加拉沃蒂，G。；Cohen，E.，《静止状态下的动力学系综》，J.Stat.Phys。，80, 931-970 (1995) ·Zbl 1081.82580号 ·doi:10.1007/BF02179860 [36] Gärtner，J.，关于不变测度的大偏差，理论概率论。申请。，22, 24-39 (1977) ·Zbl 0375.60033号 ·数字对象标识代码：10.1137/1122003 [37] 吉尔，M。；Roberston，W.，《大气相空间中的“波”与“粒子”：实现长期预测的途径？》？，程序。美国国家科学院。科学。，99, 2493-2500 (2002) ·doi:10.1073/pnas.012580899 [38] Giardin，C。；Kurchan，J。；勒科姆特，V。；Tailleur，J.，《模拟动力学过程中的罕见事件》，J.Stat.Phys。，145, 787-811 (2016) ·Zbl 1252.82007年 ·doi:10.1007/s10955-011-0350-4 [39] Gnedenko，B.，《特定系列最大值的分布极限》，《数学年鉴》。，44, 423-453 (1943) ·Zbl 0063.01643号 ·doi:10.2307/1968974 [40] 格里格，B。；塞格施奈德，J。；凯勒，H。；罗丹，A。；Lunkeit，F。；柯克，E。；Fraedrich，K.，用便携式大学大气模型模拟泰坦对流层环流，高级空间研究，341650-1654（2004）·doi:10.1016/j.asr.2003.08.079 [41] Hayashi，Y.，《通过空间傅里叶和时间互谱分析将扰动分解为前进波和后退波的通用方法》，J.Meteorol。Soc.Japan II，49，125-128（1971年）·doi:10.2151/jmsj1965.49.2125 [42] 持有，I。；Suarez，M.，《大气环流模型动力核心相互比较的建议》，布尔。Am.Meteorol公司。《社会学杂志》，75，1825-1830（1994）·doi:10.1175/1520-0477（1994）075<1825:APFTIO>2.0.CO；2 [43] 赫伯特，C。；亨氏，S。；Bessaih，H.，《大偏差简介，湍流的平衡统计力学》，《复杂系统的随机方程：理论和计算主题》（2015），柏林：斯普林格出版社，柏林 [44] Holton，J.R.，《动态气象学导论》（2004），阿姆斯特丹：爱思唯尔出版社 [45] Hosking，R.M.，《L矩：使用顺序统计线性组合的分布分析和估计》，J.R.Stat.Soc.B，52，105-124（1990）·Zbl 0703.62018号 [46] 霍斯金斯，B。；Simons，A.，多层光谱模型和半隐式方法，Q.J.R.Meteorol。Soc.，101，637-655（1975年）·doi:10.1002/qj.49710142918 [47] Hvistendahl，M.，《帝国之根》，《科学》，3371596-1599（2012）·doi:10.1126/science.337.6102.1596 [48] IPCC；Field，C.B.，《管理极端事件和灾害风险以促进气候变化适应》。《政府间气候变化专门委员会第一和第二工作组的特别报告》（2012年），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥 [49] Jiménez，J.，各向同性二维湍流中的代数概率密度函数，J.流体力学。，313, 223-240 (1996) ·Zbl 0864.76033号 ·doi:10.1017/S0022112096002194 [50] Jiménez，J.，间歇和级联，J.流体力学。，409, 99-120 (2000) ·Zbl 0963.76041号 ·doi:10.1017/S0022112099007739 [51] Katz，R.W。；Parlange，M.B。；Naveau，P.，《水文极端统计》，《水资源高级》。，25, 1287-1304 (2002) ·doi:10.1016/S0309-1708（02）00056-8 [52] Keefer博士。；威尔逊，R。；马克·R。；布拉布，E。；布朗·W。；Ellen，S。；竖琴，E。；维克佐雷克，G。；阿尔杰，C。；Zatkin，R.，暴雨期间的实时滑坡预警，《科学》，238921-925（1987）·doi:10.1126/science.238.4829.921 [53] Kennett，D.J.，玛雅政治体系的发展和解体应对气候变化，科学，338788-791（2012）·doi:10.1126/science.1226299 [54] Klein，R.，大气流动的尺度相关模型，年度。流体力学版次。，42, 249-274 (2010) ·Zbl 1213.86002号 ·doi:10.1146/annurev-fluid-121108-145537 [55] Leadbetter，M.R。；林格伦，G。；Rootzén，H.，随机序列和过程的极值和相关性质（1983），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 0518.60021号 [56] Leadbetter，M.R。；韦斯曼，I。；德哈恩，L。；Rootzen，H。；Sansom，J.，《关于统计平稳序列中高值的聚类》，217-222（1989），惠灵顿：新西兰气象局，惠灵敦 [57] Lestong，T。；Ragone，F。；布雷耶，C。；赫伯特，C。；Bouchet，F.，《使用罕见事件算法计算重现期》，J.Stat.Mech。(2018) ·Zbl 1459.82367号 ·doi:10.1088/1742-5468/aab856 [58] Lovejoy，S。；Schertzer，D.，《天气与气候：涌现规律和多重分形级联》（2013），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥·Zbl 1378.86002号 [59] 卢卡里尼，V。；搅拌机，R。；赫伯特，C。；Ragone，F。；帕斯卡，S。；Wouters，J.，《气候科学的数学和物理思想》，《地球物理学评论》。，52, 809-859 (2014) ·doi:10.1002/2013RG000446 [60] 卢卡里尼，V。；Faranda，D。；Freitas，A.C.M。；弗雷塔斯，J.M。；霍兰德，M。；库纳，T。；尼科尔，M。；托德，M。；Vaienti，S.，《动力系统中的极值和递归》（2016），纽约：威利出版社，纽约·Zbl 1338.37002号 [61] 卢卡里尼，V。；Fraedrich，K。；Lunkeit，F.，《雪球地球滞后实验的热力学分析：效率、熵产生和不可逆性》，Q.J.R.Meteorol。Soc.，136，2-11（2010）·doi:10.1002/qj.543 [62] Lunkeit，F。；弗雷德里奇，K。；Bauer，S.，风暴在温暖气候中的轨迹：用简化的全球环流模型Clim进行敏感性研究。动态。，14, 813-826 (1998) ·doi:10.1007/s003820050557 [63] Messori，G。；Faranda，D。；Caballero，R.，《研究中纬度极端天气的动力系统方法》，地球物理学。Res.Lett.公司。，44, 3346-3354 (2017) ·doi:10.1002/2017GL072879 [64] Mikosch，T。；Nagaev，A.，重尾和在保险中的应用的大偏差，极值，1，81-110（1998）·Zbl 0927.60037号 ·doi:10.1023/A:1009913901219 [65] Oono，Y.，《大偏差与统计物理》，Prog。西奥。物理学。补遗，99，165-205（1989）·doi:10.1143/PTPS.99.165 [66] 佩鲁卡奇，S。；布鲁内蒂，M。；加里亚诺，S。；梅利略，M。；罗西，M。；Guzzetti，F.，意大利可能发生滑坡的降雨量阈值，地貌学，290，39-57（2017）·doi:10.1016/j.geomorph.2017.03.031 [67] Pickands，J.，《使用极值顺序统计的统计推断》，《Ann.Stat.》，3119-131（1975）·Zbl 0312.62038号 ·doi:10.1214/aos/1176343003 [68] Poumadere，M。；梅斯，C。；勒梅尔，S。；Blong，R.，《2003年法国热浪：此时此地危险的气候变化》，《风险分析》。，25, 1483-1494 (2005) ·数字对象标识代码：10.1111/j.1539-6924.2005.00694.x [69] R核心团队，R：统计计算的语言和环境。R统计计算基金会（2018） [70] 拉格诺，E。；AghaKouchak，A。；爱，C。；程，L。；Vahedifard，F。；Lima，C.，《使用多模式集合模拟量化未来强度-持续时间-频率曲线的变化》，《水资源》。研究，54，1751-1764（2018）·doi:10.1002/2017WR021975 [71] Ragone，F。；沃特斯，J。；Bouchet，F.，使用大偏差算法计算气候模型中的极端热浪，Proc。美国国家科学院。科学。，115, 24-29 (2017) ·Zbl 1416.86013号 ·doi:10.1073/pnas.1712645115 [72] Robinson，P.，《关于热浪的定义》，J.Appl。遇见。，40, 762-775 (2001) ·doi:10.1175/1520-0450（2001）040<0762:OTDOAH>2.0.CO；2 [73] 罗沃，C。；Angeletti，F。；Touchette，H.，大偏差估计量的收敛性，物理学。版本E，92（2015）·doi:10.1103/PhysRevE.92.052104 [74] Segers，J.，《极值簇的近似分布》，Stat.Probab。莱特。，74, 330-336 (2005) ·Zbl 1095.62063号 ·doi:10.1016/j.spl.2005.04.054 [75] 希尔曼，J。；Croci-Maspolli，M。；卡拉奇，M。；Katz，R.，《北大西洋大气阻塞影响下的欧洲冬季极端寒冷温度》，J.Clim。，24, 5899-5913 (2011) ·doi:10.1175/2011JCLI4075.1 [76] Speranza，A.，西风带的决定论和统计特性，Pure Appl。地球物理学。，121, 511-562 (1983) ·doi:10.1007/BF02590154 [77] 斯特凡农，M。；D'Andrea，F。；Drobinski，P.，欧洲和地中海地区的热浪分类，环境。Res.Lett.公司。，7 (2012) ·doi:10.1088/1748-9326/7/1/014023 [78] Stephenson，A.G.，ISMEV：极值R统计建模导论（2018） [79] 蒂瓦尔第，S。；Molteni，F.，《观测和模型中的大气阻塞》，牛津气候科学研究百科全书（2018），牛津：牛津大学出版社，牛津 [80] Touchette，H.，《统计力学的大偏差方法》，物理学。众议员，478，1-69（2009）·doi:10.1016/j.physrep.2009.05.002 [81] Vannisem，S。；Lucarini，V.，大气-海洋耦合模型中协变Lyapunov向量的统计和动力学特性——多尺度效应、几何退化和误差动力学，J.Phys。A： 数学。理论。，49 (2016) ·Zbl 1351.86015号 ·doi:10.1088/1751-8113/49/2224001 [82] 瓦塔德，R。；Yiou，P。；D'Andrea，F。；德诺布雷特，N。；维奥维，N。；卡苏，C。；Polcher，J。；Ciais，P。；Kageyama，M。；Fan，Y.，《地中海冬季降雨不足引发的夏季欧洲热浪和干旱波》，Geophys。Res.Lett.公司。，34 (2007) ·doi:10.1029/2006GL028001 [83] 西部，B。；博洛尼亚，M。；Grigolini，P.，《分形算子物理学》（2003），柏林：施普林格出版社，柏林 [84] 世界卫生组织，《热浪：风险与应对》，《健康全球》。环境。变更，2，9-35（2004） [85] 沃特斯，J。；Bouchet，F.，《使用谱系粒子分析进行确定性混沌系统中的罕见事件计算》，J.Phys。A： 数学。理论。，49 (2016) ·Zbl 1352.37191号 ·doi:10.1088/1751-8113/49/37/374002 [86] Zahid，M。；搅拌机，R。；卢卡里尼，V。；Bramati，M.C.，《巴基斯坦南部极端温度回归水平》，地球系统。动态。，8, 1263-1278 (2017) ·doi:10.5194/esd-8-1263-2017年 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。