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Towards a New Generation of Impulse-Response Functions for Integrated Earth System Understanding and Climate Change Attribution
Geophysical Research Letters ( IF 4.6 ) Pub Date : 2025-04-11 , DOI: 10.1029/2024gl112295
Alexander J. Winkler 1, 2 , Carlos A. Sierra 1
Geophysical Research Letters ( IF 4.6 ) Pub Date : 2025-04-11 , DOI: 10.1029/2024gl112295
Alexander J. Winkler 1, 2 , Carlos A. Sierra 1
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Impulse-response functions (IRFs) are mathematical functions that represent the response of the coupled carbon-climate system to different trajectories of fossil-fuel emissions and land-use. They help understand the time-scales of the Earth system response to perturbations and have played a prominent role in climate policy. However, there are limitations due to assumptions of linearity and time/state-invariance in obtaining IRFs. Recent research has brought new mathematical and computational techniques to address non-linearity and to obtain spatially explicit state-aware IRFs to tackle a new set of questions in carbon-climate science. One path forward is to integrate the IRF framework with data-driven methods, such as machine learning, to learn these state dependencies in a hybrid approach. Specifically, we present a prototype of a state-aware carbon-climate system emulator. Additionally, we discuss how to compare IRFs with observed radiocarbon data and how to apply the convolution of IRFs in climate change attribution studies.
中文翻译:
迈向新一代脉冲响应函数,用于综合地球系统理解和气候变化归因
脉冲响应函数 (IRF) 是数学函数,表示耦合碳气候系统对化石燃料排放和土地利用的不同轨迹的响应。它们有助于了解地球系统对扰动的响应的时间尺度,并在气候政策中发挥了重要作用。然而,由于线性和时间/状态不变性的假设,在获得 IRF 时存在局限性。最近的研究带来了新的数学和计算技术来解决非线性问题,并获得空间显式状态感知 IRF,以解决碳气候科学中的一系列新问题。一种前进的途径是将 IRF 框架与数据驱动方法(如机器学习)集成,以混合方法学习这些状态依赖关系。具体来说,我们提出了一个状态感知碳气候系统仿真器的原型。此外,我们还讨论了如何将 IRF 与观察到的放射性碳数据进行比较,以及如何在气候变化归因研究中应用 IRF 的卷积。
更新日期:2025-04-11
中文翻译:

迈向新一代脉冲响应函数,用于综合地球系统理解和气候变化归因
脉冲响应函数 (IRF) 是数学函数,表示耦合碳气候系统对化石燃料排放和土地利用的不同轨迹的响应。它们有助于了解地球系统对扰动的响应的时间尺度,并在气候政策中发挥了重要作用。然而,由于线性和时间/状态不变性的假设,在获得 IRF 时存在局限性。最近的研究带来了新的数学和计算技术来解决非线性问题,并获得空间显式状态感知 IRF,以解决碳气候科学中的一系列新问题。一种前进的途径是将 IRF 框架与数据驱动方法(如机器学习)集成,以混合方法学习这些状态依赖关系。具体来说,我们提出了一个状态感知碳气候系统仿真器的原型。此外,我们还讨论了如何将 IRF 与观察到的放射性碳数据进行比较,以及如何在气候变化归因研究中应用 IRF 的卷积。