导语


从加拿大极端热浪,到德国的洪灾,从澳大利亚的森林大火,到中国河南的特大暴雨,极端天气已经成为新常态。气候变化正以我们所能感知的态势发生着2021年诺贝尔物理学奖的一半被授予气象学家真锅淑郎和气象学家克劳斯·哈塞尔曼,“以表彰对地球气候的物理建模、量化变化和可靠地预测全球变暖”。表达了对人类命运的关切。不仅如此,空气污染与排放等因素也作为影响人类生活和生态环境的重要一环而一直备受关注。我们统一将这些放在地球系统科学研究的范畴中。近年来,系统科学、人工智能等学科的发展,为地球系统的研究提供了一系列有力的研究手段。

为了推进地球系统科学研究,集智俱乐部特联合气象学家和气象汇公众号联合发起筹地球系统科学的主题读书会,系统地研究统计物理、深度学习等方法在地球系统科学中应用的相关文献,开展“极端事件的同步和记忆效应”、“地球系统中的归因、临界问题”、“ 地球系统科学因果推断”、“时空图神经网络”等等主题的报告分享,读书会于每周二晚上7:00-9:00进行讨论和分享,欢迎对地球系统科学领域感兴趣的朋友报名参加,可以获取回放,进入社群交流!




内容简介




背景介绍


极端自然灾害一直是威胁人类生存的主要因素。然而,受人类影响,自然环境在逐渐改变,例如全球气候变暖使得极端天气的发生规律正在改变。今年7月的河南经历了极端降雨,美国经历了极端高温,由于人类工业化,污染物的排放,近年来我们还要遭受极端空气污染天气,相比过去,当代人类要面临更多极端灾害的威胁,随之,人类应对灾害的能力也逐渐在增强。已有研究表明在空间上极端天气之间存在”遥相关”的现象,复杂系统和同步网络的方法进一步揭示在气候变化下同类极端天气,例如热浪、寒流或是降水的同步。在时间上,极端事件还存在很强的长短程记忆效应,例如在地震中,由主震触发的余震的时间间隔可以在秒级或长达数年之久。不同类型的极端事件之间可能存在普适的统计物理规律,为预测极端事件的发生提供理论支持。


报告内容


本期分享,我们将学习极端事件在时空中的统计特性,如何基于观察数据来量化极端事件在空间上的相关性,以及在时间上的记忆效应,并且探讨这些现象背后的物理机制,以及如何将这些信息用于提高极端事件的可预测性。具体地,本次报告将介绍以下两个方面:
1. 空间同步网络方法以及在极端事件研究中的相关应用
2. 记忆效应量化以及在极端事件研究中的相关应用

最后,我们还将探讨不同种类极端事件的共性和区别,是否存在与复杂系统中临界行为相关的普适物理规律。





主讲人




张永文,目前担任昆明理工大学数据科学中心特聘副教授,在中国科学院理论物理研究所获博士学位。2018-2020年在以色列巴依兰大学物理学院从事博士后研究工作, 并参加欧洲2020RISE地震研究和预报项目。目前主要研究方向为统计物理和复杂系统的交叉研究,涉及地震和极端天气等问题。近年来以第一作者或通讯在GRL、PRResearch、JGR-SE、NJP、EPL等期刊上发表学术论文10余篇。


参考文献(包括书籍、论文)

  1. Quiroga, R. Q., Kreuz, T., & Grassberger, P. (2002). Event synchronization: a simple and fast method to measure synchronicity and time delay patterns. Physical review E, 66(4), 041904.

  2. Boers, N., Bookhagen, B., Marwan, N., Kurths, J., & Marengo, J. (2013). Complex networks identify spatial patterns of extreme rainfall events of the South American Monsoon System. Geophysical Research Letters, 40(16), 4386-4392.

  3. Boers, N., Bookhagen, B., Barbosa, H. M., Marwan, N., Kurths, J., & Marengo, J. A. (2014). Prediction of extreme floods in the eastern Central Andes based on a complex networks approach. Nature communications, 5(1), 1-7.

  4. Boers, N., Goswami, B., Rheinwalt, A., Bookhagen, B., Hoskins, B., & Kurths, J. (2019). Complex networks reveal global pattern of extreme-rainfall teleconnections. Nature, 566(7744), 373-377.

  5. Geng, Z., Zhang, Y., Lu, B., Fan, J., Zhao, Z., & Chen, X. (2021). Network‐Synchronization Analysis Reveals the Weakening Tropical Circulations. Geophysical Research Letters, 48(11), e2021GL093582.

  6. Qiao, P., Gong, Z., Liu, W., Zhang, Y., Feng, G., & Dong, W. (2021). Extreme rainfall synchronization network between Southwest China and Asia–Pacific region. Climate Dynamics, 57(11), 3207-3221.

  7. Zhang, Y., Fan, J., Chen, X., Ashkenazy, Y., & Havlin, S. (2019). Significant impact of Rossby waves on air pollution detected by network analysis. Geophysical Research Letters, 46(21), 12476-12485.

  8. Fan, J., Zhou, D., Shekhtman, L. M., Shapira, A., Hofstetter, R., Marzocchi, W., … & Havlin, S. (2019). Possible origin of memory in earthquakes: Real catalogs and an epidemic-type aftershock sequence model. Physical Review E, 99(4), 042210.

  9. Zhang, Y., Fan, J., Marzocchi, W., Shapira, A., Hofstetter, R., Havlin, S., & Ashkenazy, Y. (2020). Scaling laws in earthquake memory for interevent times and distances. Physical Review Research, 2(1), 013264.

  10. Zhang, Y., Zhou, D., Fan, J., Marzocchi, W., Ashkenazy, Y., & Havlin, S. (2021). Improved earthquake aftershocks forecasting model based on long-term memory. New Journal of Physics, 23(4), 042001.





直播信息




时间

2022年1月25日(周二)晚上19:00-21:00


参与方式

  • 文末扫码参加地球系统科学读书会,加入群聊,获取系列读书会回看权限,成为地球系统科学社区种子用户,与其他的科研工作者沟通交流,共同推动地球系统科学的发展。
  • 集智俱乐部 B 站免费直播,扫码可预约。


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地球系统科学读书会招募中


地球科学是研究相互作用的大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等组成的地球系统的形成、演化机制的学科。随着地球系统科学的不断发展,许多新方法被广泛地应用于分析和解决许多的地球系统科学问题。为了推进地球系统科学研究,集智俱乐部特联合气象学家和气象汇公众号联合发起筹备地球系统科学的主题读书会。

本读书会由邓琪敏、张钢锋、王硕、许菁等一线研究者共同发起的「地球系统科学」系列读书会,将组织大家系统地研究这些以统计物理方法、深度学习方法为核心在地球系统科学中应用的相关文献,深入研读相关文献,激发科研灵感。在每周二晚在线进行论文分享与讨论,共读共享。欢迎对地球系统科学感兴趣的朋友报名参与读书会,一起研读硬核内容!欢迎大家报名参加呀!

读书会大纲:

地球系统科学概览介绍——陈德亮院士
  1. 统计物理部分
  • 气候网络和渗流相变研究地球系统
  • 统计物理和本征微观态在地球系统的中应用
  • 由多个子系统耦合的地球系统

  • 极端天气的同步现象

  • 地球系统中的归因

  • 地球系统的临界问题

  1. 深度学习部分

  • 综述

  • 时空卷积网络

  • 时空图神经网络

  • 神经微分/偏微分方程

  • 地球系统科学因果推断


「地球系统科学」系列读书会参与方式


本次读书会适合的参与对象:

  • 基于复杂系统相关学科研究,对地球系统科学相关研究有浓厚兴趣的科研工作者;

  • 能熟练阅读英文文献,并对复杂科学充满激情,对世界的本质充满好奇的探索者;

  • 欢迎基于读书会所列文本和文献的具体探讨,提供适合的文献和主题的朋友;


运行模式

每 1 周由 1-2 名读书会成员领读相关论文,进行线上会议,与会者可以广泛参与讨论(以 PPT 讲解的形式,直播间互动交流)


时间:

从2021年12月14日开始,每周二晚上19:00-21:00,持续时间预计 7-8 周。


方式:

此次读书会为线上闭门读书会,采用的会议软件是腾讯会议(请提前下载安装)。在扫码完成报名并添加负责人微信后,负责人将其拉入群聊,入群后告知具体的会议号码。


费用

为了过滤一些非专业人士,甄选出真正对地球系统科学研究感兴趣、有相关研究经验的专业人士,保证读书会研讨质量,也为了激励大家学习、分享、总结,本期读书会将采取收费 – 退款的保证金模式。

报名步骤

扫码报名

第一步:扫码填写报名信息。

第二步:填写信息后,进入付款流程,提交保证金299元。(符合退费条件后可退费)

第三步:添加负责人微信,拉入对应的读书会讨论群。

(我们也会对每次分享的内容进行录制,剪辑后发布在集智学园官网上,供读书会成员回看)


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