近年来，气候变化和全球变暖问题引起了全世界的广泛关注。极端气候事件的频率和强度不断上升，以及气候临界点的确定和级联，加剧了这一日益严重的担忧。至关重要的是要认识到，这些事件不是孤立或随机的事件，而是经常显示出相互之间的联系和同步。相互关联的气候行为或远程联系并不是一个很好理解的领域，但对于充分理解我们的气候系统如何运作是必要的。遥相关（Teleconnections）指的是通常发生在数千公里范围内的远距离气候系统联系，它通过描述大气和海洋中地理分隔区域的气候异常之间的持续关系，在地球复杂的气候系统中起着至关重要的作用。然而，准确预测遥相关强度仍然是一项具有挑战性的任务，需要全面了解潜在的物理机制和各种气候变量之间复杂的相互作用。
针对上述问题，北京师范大学系统科学学院教授樊京芳团队联合北京邮电大学孟君研究员开展了相关研究，提出了基于气候网络的全新研究方法。基于每日平均近地表气温数据和一系列具有时滞的动态物理气候网络，系统定量化地揭示了以罗斯比波为主导的气候遥相关的全球分布模式、传播方向、强度特征以及演变规律。文章方法可以识别敏感区域，并为与全球变暖、临界点、空气污染和与全球气候变化相关的极端事件相关的研究和决策奠定基础。因此，这提高了我们对地球气候系统的理解，并可以为有效的气候变化缓解和适应战略提供信息。
研究揭示了气候遥相关在南北半球的分布、传播方向和强度差异，以及挖掘出受遥相关影响较大的一些重要地区（图1）。最后，对比分析了全球变暖背景下共74年的遥相关演变结果，包括分布格局和强度特征，并找到了几个“热点”气候敏感区（如澳大利亚东南部、南美洲南部和南非）（图2）。此外，文章结果分析表明，随着时间的推移，遥相关的强度正在增加，这可能与气候变化、全球变暖、人类活动和气候临界点的激活有关。
图1 遥相关强度分布的空间模态
图2 遥相关时空演化下的变化模态
研究以“Exploring the intensity, distribution and evolution of teleconnections using climate network analysis”为题于2023年10月17日在国际数学物理和非线性科学领域期刊Chaos上发表。
该研究由北京师范大学牵头，联合北京邮电大学完成。北京师范大学系统科学学院博士生王上为论文第一作者，樊京芳为唯一通讯作者。
鉴于工作的重要性，论文被选为编辑推荐Editor pick文章，推荐文章Chaos每年仅约20篇，并被美国物理联合会（AIP）编辑推荐新闻记者采访并报道（图3左），相关内容以“Tracking climate behavior could connect the dots between major weather events and help with forecasting on a global scale”为题刊登在AIP官网发表：https://publishing.aip.org/publications/latest-content/climate-network-analysis-helps-pinpoint-regions-at-higher-risk-of-extreme-weather/。 同时，美国《每日科学》（ScienceDaily）也报道了此项工作（图3右）。《每日科学》是美国科普文章专题新闻网站，与Nature、Science、Discovery、Scientific American等同列为十大科学网站，详情请见：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231017123342.htm.
图3 论文新闻报道
樊京芳研究团队近年来一直从事复杂系统相变理论和地球系统复杂性和临界性的研究，已经积累了多项具有国际领先的研究成果，比如：复杂系统相变与临界现象的标度律和普适类基础理论研究Nat. Phys（2020），PNAS（2018）；厄尔尼诺现象的预测PNAS（2020，2021）；全球气温变暖对大气环流的影响PNAS（2018）；定量刻画厄尔尼诺全球影响PNAS（2017）；季风降雨量的高效可预测性Journal of Climate （2022）；地球系统临界要素遥相关Nature Climate Change（2023），极端天气无序度测量和传播Nature communications（2023）等。
该工作得到了国家自然科学基金（12135003，12275020，12205025）的支持。