A negative (or positive) value of the North Atlantic Oscillation (NAO) index, which measures the variability in sea-level atmospheric pressure, would imply an increase (or decrease) in intense cold air outbreaks and the number of storms in the eastern parts of North America and Northern Europe. The NAO may be influenced by several climate factors. Using a data science approach, here we aim to study the complex dynamics that NAO has with the sea surface temperature (SST) and sea ice extent (SIE), and show that there exists a critical instability (through positive feedback loops) in the complex dynamics of the climate variables of melting Arctic SIE, rising SST, and NAO index. Our statistical machine learning approach shows that the melting SIE and increasing SST significantly affect the NAO, resulting in the changing weather pattern of the North Atlantic region. We also develop a Bayesian Granger-causal dynamic linear model to establish the relationship between the predictor and dependent variable. Our study indicates that there would be a critical instability with more frequent bouts of very cold climate in eastern North America and northern Europe than previously seen, marking a significant climate change.


翻译:北大西洋振荡(NAO)指数的负值(或正)值,用来测量海平面大气压力的变异性,意味着北美和北欧东部地区剧烈的冷空气暴发和风暴数量的增加(或减少),NAO可能受到若干气候因素的影响。使用数据科学方法,我们的目的是研究NAO与海面温度和海冰范围(SIE)的复杂动态,并表明(通过积极反馈回路)在北冰洋和北冰洋气候变数的复杂动态中存在着严重的不稳定(通过积极反馈回路),我们的统计机器学习方法表明,南冰洋和南冰洋的融化对NAO产生了重大影响,导致北大西洋区域气候模式的变化。我们还开发了Bayesian Granger-Causal动态线性模型,以确定预测和依赖变量之间的关系。我们的研究显示,北美和北冰洋气候非常冷,比以前看到的情况更加频繁,从而标志着重大气候变化。

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