Wetenschappers van de University of Maryland (UMD) hebben een nieuwe statistische analyse uitgevoerd om voor het eerst een globaal beeld te krijgen van hoe de oceaan de lage atmosfeer helpt voorspellen en vice versa. Ze observeerden de alomtegenwoordige invloed van de oceaan op de atmosfeer in de extratropen, dat was moeilijk aan te tonen met dynamische modellen van atmosferische en oceanische circulatie. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in de Tijdschrift voor Klimaat , "Lokale atmosfeer-oceaan voorspelbaarheid:dynamische oorsprong, doorlooptijden, en seizoensgebondenheid."

Het onderzoek is gebaseerd op een klassieke uitspraak die vaak wordt gehoord in inleidende lessen statistiek dat 'correlatie geen oorzakelijk verband is'. Clive Granger was een Nobelprijswinnaar en wiskundige die een nieuwe methode bedacht om dit probleem aan te pakken door correlatie van oorzakelijk verband te onderscheiden.

"De Granger-methode is gebaseerd op een eenvoudig maar belangrijk idee dat een oorzaak voorafgaat aan het gevolg, en zou de voorspelling van het effect ervan in de toekomst moeten verbeteren. We realiseerden ons dat dit een krachtige methode zou kunnen zijn om de interacties tussen atmosfeer en oceaan te bestuderen, en om een ​​globaal beeld te geven van hoe goed ze elkaar voorspellen, " zei toegepast wiskundige Safa Motesharrei, een Environmental Systems Scientist bij UMD. "Deze methode werpt licht op zowel het potentieel om het regionale klimaat beter te voorspellen, evenals de aard van de interacties."

"Er zijn veel fysieke processen die de interactie tussen de atmosfeer en de oceaan bepalen, " zei hoofdauteur Eviatar Bach, doctoraat student aan de afdeling Atmosferische en Oceanische Wetenschappen (AOSC) aan de UMD. "Bijvoorbeeld, wind die op het oceaanoppervlak waait, creëert stromingen, en het zeeoppervlak verwarmt de lagere atmosfeer. Deze interacties tussen de atmosfeer en de oceaan spelen een belangrijke rol in het klimaat en ons vermogen om het te voorspellen, dus het is belangrijk om hun geografische structuur te begrijpen."

"Het is bekend dat in de tropische oceanen, de oceaan drijft voornamelijk de atmosferische veranderingen aan, terwijl in de extratropen de atmosfeer over het algemeen de oceaan aandrijft, " zei co-auteur Eugenia Kalnay, Distinguished University Professor van AOSC aan de UMD. "Ik heb in 1986 een dynamische regel ontwikkeld om de richting van de forcering te bepalen, en anderen hebben deze vraag aangepakt met behulp van klimaatmodellen. Deze studie geeft een definitief antwoord."

De basismethode van Granger werd in 1969 geïntroduceerd, maar de auteurs "pasten het voor het eerst slim toe op gegevens over de atmosfeer en de oceaan, " zei Jürgen Kurths, Hoofd van de afdeling Complexity Science van het Potsdam Institute for Climate Impact Research in Duitsland, die geen co-auteur was. Kurths is een vooraanstaand natuurkundige die veel nieuwe wiskundige methoden heeft ontwikkeld voor het bestuderen van klimaat en andere niet-lineaire systemen.

"De meest nieuwe bevinding van dit onderzoek is dat de methode van Granger-causaliteit ontdekte dat de oceaan bijna overal in de extratropen de atmosfeer beïnvloedt, " zei Samantha Wills, een postdoctoraal onderzoeker bij NOAA's Pacific Marine Environmental Laboratory, die geen co-auteur was. "Dit kan een uitdagende taak zijn, aangezien de atmosfeer de lucht-zee-interactie in de extratropen domineert, en de invloed van de oceaan op de atmosfeer is niet veel groter dan de interne variabiliteit."

"Dit was niet aangetoond door eerdere General Circulation Model-experimenten. Hoewel er een paar speciale gevallen zijn geweest waarin is aangetoond dat de temperatuur van het zeeoppervlak op middelhoge breedtegraden een significante invloed heeft op de atmosfeer, deze relatie was niet bekend als alomtegenwoordig als dit artikel heeft aangetoond, " zei J. Shukla, Universiteitshoogleraar aan de George Mason University, die geen co-auteur was. Shukla is een wereldberoemde klimaatwetenschapper die pionierswerk verrichtte op het gebied van voorspelbaarheid.

Bovendien, de schattingen van de studie van de ruimtelijke structuur van voorspelbaarheid kunnen helpen om de wetenschap van gekoppelde gegevensassimilatie verder te ontwikkelen, het ontluikende veld dat probeert de interacties tussen atmosfeer en oceaan te benutten om de klimaatvoorspelling te verbeteren.

"Het vermogen om te anticiperen op veranderingen in de oceaan of de atmosfeer op basis van informatie uit het andere systeem biedt de samenleving de mogelijkheid om zich voor te bereiden op toekomstige effecten, zoals landbouw en visserij, ' zei Wil.

"Dit is een zeer belangrijk artikel in de geschiedenis van voorspelbaarheidsonderzoek, " zei Shukla, "Het zal zeker verder onderzoek door de voorspelbaarheidsonderzoeksgemeenschap inspireren. dit document identificeert geografische regio's op de wereld waarover potentiële voorspelbaarheid bestaat die kan worden geoogst voor het verbeteren van operationele voorspellingen."