We apply two independent data analysis methodologies to locate stable climate states in an intermediate complexity climate model and analyze their interplay. First, drawing from the theory of quasipotentials, and viewing the state space as an energy landscape with valleys and mountain ridges, we infer the relative likelihood of the identified multistable climate states, and investigate the most likely transition trajectories as well as the expected transition times between them. Second, harnessing techniques from data science, specifically manifold learning, we characterize the data landscape of the simulation output to find climate states and basin boundaries within a fully agnostic and unsupervised framework. Both approaches show remarkable agreement, and reveal, apart from the well known warm and snowball earth states, a third intermediate stable state in one of the two climate models we consider. The combination of our approaches allows to identify how the negative feedback of ocean heat transport and entropy production via the hydrological cycle drastically change the topography of the dynamical landscape of Earth's climate.


翻译:我们运用两种独立的数据分析方法将稳定的气候状态置于中复杂气候模型中并分析它们的相互作用。 首先,从准潜力理论出发,将国家空间视为与山谷和山脊的能源景观,我们推断出已确定的多气候状态的相对可能性,并调查最可能的过渡轨迹以及它们之间的预期过渡时间。第二,利用数据科学技术,特别是多重学习,我们描述模拟产出的数据景观,以便在完全不可知和不受监督的框架内找到气候状态和盆地边界。两种方法都表现出显著的一致,并揭示除了已知的温暖和雪球地球状态之外,我们所考虑的两个气候模型之一的第三个中间稳定状态。我们的方法结合在一起,可以确定海洋热迁移和通过水文循环生产酶的负面回馈如何急剧改变地球气候动态景观的地形。

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