Forskare vid University of Maryland (UMD) har genomfört en ny statistisk analys för att för första gången fastställa en global bild av hur havet hjälper till att förutsäga atmosfären på låg nivå och vice versa. De observerade allestädes närvarande inflytande av havet på atmosfären i extratropen, vilket har varit svårt att demonstrera med dynamiska modeller av atmosfärisk och oceanisk cirkulation. Resultaten publiceras idag i Journal of Climate , "Lokal atmosfär och havs förutsägbarhet:dynamiskt ursprung, ledtider, och säsong. "

Forskningen bygger på ett klassiskt uttalande som ofta hörs i inledande statistikklasser att "korrelation inte är orsakssamband". Clive Granger var en nobelpristagare matematiker som kom med en ny metod för att ta itu med denna fråga genom att skilja korrelation från orsakssamband.

"Granger -metoden bygger på en enkel men viktig uppfattning att en orsak föregår dess effekt, och bör förbättra förutsägelsen av dess effekt i framtiden. Vi insåg att detta kan vara en kraftfull metod för att studera samspelet mellan atmosfär och hav, och för att ge en global bild av hur väl de förutspår varandra, "sade den tillämpade matematikern Safa Motesharrei, miljövetare vid UMD. "Denna metod belyser både potentialen att bättre förutsäga regionalt klimat såväl som interaktionernas karaktär."

"Det finns många fysiska processer som styr samspelet mellan atmosfären och havet, "sa huvudförfattaren Eviatar Bach, Ph.D. student vid Institutionen för atmosfärisk och oceanisk vetenskap (AOSC) vid UMD. "Till exempel, vinden som blåser på havsytan skapar strömmar, och havsytan värmer upp den lägre atmosfären. Dessa interaktioner mellan atmosfären och havet spelar en stor roll i klimatet och vår förmåga att förutsäga det, så att förstå deras geografiska struktur är viktigt. "

"Det har varit känt att i de tropiska haven, havet driver främst de atmosfäriska förändringarna, medan atmosfären i allmänhet driver havet i extratropen, "sa medförfattaren Eugenia Kalnay, Framstående universitetsprofessor i AOSC vid UMD. "Jag utvecklade en dynamisk regel för att bestämma riktningen på tvingandet 1986, och andra har tagit upp denna fråga med hjälp av klimatmodeller. Denna studie ger ett definitivt svar. "

Den grundläggande Granger -metoden introducerades 1969, men författarna "använde det smart för första gången på atmosfär och havsdata, "sa Juergen Kurths, Chef för avdelningen för komplexitetsvetenskap vid Potsdam Institute for Climate Impact Research i Tyskland, som inte var medförfattare. Kurths är en framstående fysiker som har utvecklat många nya matematiska metoder för att studera klimat och andra olinjära system.

"Det mest nya fyndet i denna forskning är att metoden för Granger kausalitet fann att havet påverkade atmosfären nästan överallt i extratropen, "sa Samantha Wills, en postdoktor vid NOAAs Pacific Marine Environmental Laboratory, som inte var medförfattare. "Detta kan vara en utmanande uppgift med tanke på att atmosfären dominerar luft-havsinteraktion i extratropen, och havets inflytande på atmosfären är inte mycket större än intern variation. "

"Detta hade inte påvisats av tidigare experiment med allmänna cirkulationsmodeller. Även om det har förekommit några speciella fall där det har visats att havsytetemperaturerna på mitten av breddgraden har en betydande inverkan på atmosfären, detta förhållande var inte känt för att vara så allestädes närvarande som detta dokument har visat, "sade J. Shukla, Universitetsprofessor vid George Mason University, som inte var medförfattare. Shukla är en världsberömd klimatforskare som var banbrytande inom studier av förutsägbarhet.

Dessutom, studiens uppskattningar av den rumsliga strukturen av förutsägbarhet kan bidra till att ytterligare främja vetenskapen om kopplad dataassimilering, det framväxande fältet som försöker utnyttja interaktionerna mellan atmosfär och hav för att förbättra klimatprognosen.

"Möjligheten att förutse förändringar i havet eller atmosfären baserat på information från det andra systemet ger samhället möjlighet att förbereda sig för framtida effekter, till exempel jordbruk och fiske, sa Wills.

"Detta är ett mycket viktigt papper i historien om förutsägbarhetsforskning, "sade Shukla, "Det kommer säkert att inspirera till ytterligare forskning från forskningsgemenskapen för förutsägbarhet. I synnerhet det här dokumentet identifierar geografiska regioner på jordklotet över vilka det finns en förutsägbarhet som kan skördas för att förbättra operativa förutsägelser. "