Empirikus és szimulált ózon idősorok magasabb rendű korrelációja

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Empirikus és szimulált ózon idősorok magasabb rendű korrelációja"

Amanda Székely
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 KDI BESZÁMOLÓ Homonnai Viktória III. éves PhD hallgató ELTE, Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék Témavezető: Dr. Jánosi Imre Empirikus és szimulált ózon idősorok magasabb rendű korrelációja Összehasonlítások napi adatokra Az elmúlt tanév során folytattam a korrelációs tulajdonságok vizsgálatát. Sikerült a CCMVal- 2 projekt modellfuttatásaihoz hozzájutni, így a Fourier-analízist és DFA analízist most már napi adatokra is elkészíthettem. Emellett már nem csak az LMDz, hanem az MRI japán modell által számolt teljes ózonmennyiség idősoraira is végeztem összehasonlítást. A MRI modell fontos tulajdonsága, hogy a modellben az Egyenlítő körül megjelenik a kvázi-kétéves oszcilláció jele, amely az LMDz modellből teljesen hiányzik. Mindkét modell idősorai között álltak rendelkezésemre az LMDz 2,5 x 3,75 -os spektrális felbontásban, míg az MRI kb. 2,8 x 2,8 -os felbontásban. Mindkét modellt a NIWA globális, napi műholdas ózon idősoraival hasonlítottam össze. A Fourier-analízis eredménye látható az 1. ábrán. Érdekes jelenség, hogy a féléves csúcs értéke mindkét modellben megugrik a Tibeti-fennsíkon, miközben a műholdas adatokban ez nem látszik. A QBO csúcsot nézve megállapíthatjuk, hogy az MRI modell valóban mutatja ennek az oszcillációnak a jelenlétét, azonban amplitúdója a megfigyelésekhez képest sokkal gyengébb. A DFA exponens értékének eloszlása erős zonális jelleget mutat, ezért érdemes a zonális átlagértéket ábrázolni (2. ábra). Mivel a hatványfüggvény-kapcsolat túl kicsi és túl nagy ablakoknál nem túl erős, ezért érdemes egy szűkebb tartományra is elvégezni az illesztést. Ezt 60 naptól 15 évig terjedő tartományra meg is tettem, ez látható a 2b. ábrán, míg a teljes szakaszra történt illesztést a 2a. ábra mutatja. Jól látható, hogy az LMDz gyengébb a trópusi területen, de a teljes szakaszból számolt exponens hasonló a műholdas adatokból számolttal. A szűkebb tartományra számolt exponenseknél az Egyenlítő környékén az MRI ad a megfigyelésekhez hasonló értékeket.

1. ábra: A féléves (bal), az éves (közép) és a QBO (jobb) csúcsok spektrális súlya a Föld különböző területein a NIWA adatbázis (felső sor), az LMDz modell (középső sor) és az MRI modell (alsó sor)

2 1. ábra: A féléves (bal), az éves (közép) és a QBO (jobb) csúcsok spektrális súlya a Föld különböző területein a NIWA adatbázis (felső sor), az LMDz modell (középső sor) és az MRI modell (alsó sor) szerint. 2. ábra: A DFA exponensek zonális átlaga a) a teljes szakaszra illesztve, b) 60 naptól 15 évig illesztve. Nemlinearitás magasabb rendű korrelációk vizsgálata A nemlinearitás tesztelése az ún. surrogate data módszerrel történt. Ennek során olyan mesterséges idősorokat állítunk elő az eredeti idősorból, amelyek megőrzik az eredeti idősor két-pont korrelációját, a magasabb rendűeket viszont már nem. Ha a vizsgált idősorunk nemlineáris, akkor magasabb rendű korrelációk is fellépnek. Így ha választunk egy olyan tesztstatisztikát, amely magasabb rendű korreláción alapul, akkor ennek értéke nemlinearitás esetén a mesterségesen előállított idősorokra kapott értékektől eltér. Szignifikanciaszintnek a mesterséges idősorokból számolt értékek szórásának kétszeresét vettem (2σ).

Tesztstatisztikám az ún. időtükrözési aszimmetria volt, amelyet az alábbi képlet szerint számoltam: ahol y n az idősor n-edik tagja, d az időkülönbség, amelyet 1 nap 30 nap között változtattam.

ábra globális térképen mutatja az 1 napos időkülönbség melletti szignifikáns értékeket a műholdas adatbázisban és a modellekben.

Egyre nagyobb időkülönbséget nézve a szignifikáns területek a sarkok felé tolódnak, ahol a műholdas megfigyelések a féléves sötétség miatt már hiányosak, így csak a modellekre támaszkodhatunk,

3 Tesztstatisztikám az ún. időtükrözési aszimmetria volt, amelyet az alábbi képlet szerint számoltam: ahol y n az idősor n-edik tagja, d az időkülönbség, amelyet 1 nap 30 nap között változtattam. Ez az aszimmetria azt fejezi ki, hogy az ózonnövekedés és csökkenés folyamata mennyire zajlik eltérő módon. A 3. ábra globális térképen mutatja az 1 napos időkülönbség melletti szignifikáns értékeket a műholdas adatbázisban és a modellekben. Nagy szignifikáns területek rajzolódnak ki, itt jelentkezik nemlinearitás, elsősorban a mérsékelt övben. A modellek jó egyezést mutatnak a megfigyelésekkel. Egyre nagyobb időkülönbséget nézve a szignifikáns területek a sarkok felé tolódnak, ahol a műholdas megfigyelések a féléves sötétség miatt már hiányosak, így csak a modellekre támaszkodhatunk, amelyek nagy aszimmetrikus értékeket mutatnak a poláris területeken (4. ábra). A Föld többi területén jelentkező jó egyezés, és a műholdas adatok legmagasabb ábrázolt szélességein látható magas értékek miatt megbízhatónak tekinthetjük a modelleredményeket., 3. ábra: Időtükrözési aszimmetria 1 napos időkülönbség mellett a NIWA adatbázisban (bal), az LMDz modellben (középső) és az MRI modellben (jobb) 4. ábra: Időtükrözési aszimmetria 21 napos időkülönbség mellett a NIWA adatbázisban (bal), az LMDz modellben (középső) és az MRI modellben (jobb) LMDz modell újabb futtatásai A RECONCILE projekt részeként az LMDz modell újabb, pontosabb parametrizációval kiegészített futtatásait vizsgáltam a múltra ( ) és jövőre ( ) vonatkozólag 1,875 x 3,75 -os térbeli felbontásban. Napi teljes ózonmennyiség idősorokra végeztem Fourier-analízist és számoltam DFA exponenseket. Három szimulációt hasonlítottam össze:

REF: a korábbival megegyező, csak finomabb térbeli felbontású futtatás, amely a poláris sztratoszférikus felhők (PSC-k) egyszerű fizikáját tartalmazza TBIAS: hőmérsékletkorrekció alkalmazása a modell

4 REF: a korábbival megegyező, csak finomabb térbeli felbontású futtatás, amely a poláris sztratoszférikus felhők (PSC-k) egyszerű fizikáját tartalmazza TBIAS: hőmérsékletkorrekció alkalmazása a modell kémiai részében a pontosabb PSC-ket érintő mikrofizika miatt NMP: a RECONCILE projekt eredményein alapuló új mikrofizikai parametrizáció alkalmazása a hőmérsékletkorrekció mellett Az 5. ábra az éves spektrális súlyok különbségét mutatja az új mikrofizikai parametrizáció (NMP) és a referencia futtatás (REF) között. A különbségek ugyan nem nagyok, de földrajzilag jól elkülönült területek arra engednek következtetni, hogy a poláris sztratoszférikus felhők pontosabb figyelembe vétele a modell realisztikusabbá tételét szolgálta. 5. ábra: Éves spektrális súlyok különbsége NMP-REF között Szakmai tevékenység Szakmai folyóiratban eddig megjelent referált cikkek: A. Kunz, R. Mueller, V. Homonnai, I. M. Janosi, D. Hurst, A. Rap, P. Forster, F. Rohrer, N. Spelten, M. Riese: Extending water vapor trend observations over Boulder into the tropopause region: trend uncertainties and resulting radiative forcing (2013, submitted to Journal of Geophysical Research Atmospheres). V. Homonnai, I. M. Jánosi, F. Lefevre, M. Marchand: Comparative Spectral Analysis and Correlation Properties of Observed and Simulated Total Column Ozone Records. Atmosphere 4(2), (2013). M. von Hobe, et al. (+85 coauthors: V. Homonnai,, I. M. Jánosi, ): Reconciliation of essential process parameters for an enhanced predictability of Arctic stratospheric ozone loss and its climate interactions. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 12, (2012).

5 I. M. Jánosi, P. Kiss, V. Homonnai, M. Pattantyús-Ábrahám, B. Gyüre, and T. Tél: Dynamics of passive tracers in the atmosphere: laboratory experiments and numerical tests with reanalysis wind fields. Physical Review E, 82, (2010). Nemzetközi konferenciákon elhangzott előadások (2012. jún jún.): V. Homonnai, I. M. Jánosi: Spectral properties, linear and nonlinear correlations of empirical and CCM daily total column ozone records, RECONCILE progress and open science meeting, február Budapest V. Homonnai, I. M. Jánosi: Correlation properties of global satellite and model ozone time series. 2nd International Workshop Nonlinear processes in oceanic and atmospheric flows, július Madrid, Spanyolország

Hasonló dokumentumok

Műholdas és modell által szimulált globális ózon idősorok korrelációs tulajdonságai

Műholdas és modell által szimulált globális ózon idősorok korrelációs tulajdonságai Homonnai Viktória II. éves PhD hallgató Témavezető: Dr. Jánosi Imre ELTE TTK, Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék Bevezetés