An information-theoretic framework is developed to assess the predictability of ENSO complexity, which is a central problem in contemporary meteorology with large societal impacts. The information theory advances a unique way to quantify the forecast uncertainty and allows to distinguish the predictability limit of different ENSO events. One key step in applying the framework to compute the information gain representing the predictability is to build a statistically accurate dynamical model. To this end, a recently developed multiscale stochastic model, which succeeds in capturing both the large-scale dynamics and many crucial statistical properties of the observed ENSO complexity, is incorporated into the information-theoretic framework. It is shown that different ENSO events possess very distinct predictability limits. In addition to the ensemble mean, the ensemble spread also has remarkable contributions to the predictability. While the information theory indicates that predicting the onset of the eastern Pacific El Ni\~nos is challenging, it reveals a universal tendency to convert strong predictability to skillful forecast for predicting many central Pacific El Ni\~nos about two years in advance. In addition, strong predictability is found for the La Ni\~na events, corresponding to the effective discharge process. In the climate change scenario with the strengthening of the background Walker circulation, the predictability of sea surface temperature in central Pacific has a significant response with a notable increase in summer and fall. Finally, the Gaussian approximation is shown to be accurate in computing the information gain, which facilitates the use of more sophisticated models to study the ENSO predictability.


翻译:为了评估厄尔尼诺现象复杂性的可预测性,建立了一个信息理论框架,以评估厄尔尼诺现象的复杂性,这是当代具有巨大社会影响的气象中一个中心问题。信息理论提出了一种独特的方法,可以量化预测的不确定性,并能够区分不同厄尔尼诺现象的可预测性极限。在应用这一框架计算信息获得值以体现可预测性方面的一个关键步骤是建立一个具有统计准确的动态模型。为此,最近开发的多尺度随机模型成功地捕捉了所观测到的厄尔尼诺现象复杂性的大规模动态和许多关键复杂统计特性,并被纳入信息理论框架。信息理论表明,不同的厄尔尼诺现象具有非常明显的可预测性。除了一系列的含意外,各种厄尔尼诺现象的传播也对可预测性也有显著的贡献。信息理论表明,预测东太平洋的厄尔尼诺现象的开始是具有挑战性的,但一种普遍趋势是,将强大的可预测性转化为预测许多太平洋中部的厄尔尼诺现象的可靠预测,大约提前两年。此外,对于La 尼涅纳事件具有很强的可预测性,这与有效排放的可预测性相匹配的可预测性有非常明显的限度。除了共同的数值值外,共同的传播,最终加强了太平洋的地表层变化。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年9月22日
Arxiv
57+阅读 · 2022年1月5日
Arxiv
64+阅读 · 2021年6月18日
Arxiv
32+阅读 · 2021年3月8日
VIP会员
相关资讯
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
3+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员