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Detecting Extreme Temperature Events Using Gaussian Mixture Models

Pacal, Aytac und Hassler, Birgit und Weigel, Katja und Kurnaz, Levent und Wehner, M.F. und Eyring, Veronika (2023) Detecting Extreme Temperature Events Using Gaussian Mixture Models. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2023JD038906. Wiley. doi: 10.1029/2023JD038906. ISSN 2169-897X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JD038906

Kurzfassung

Extreme temperature events have traditionally been detected assuming a unimodal distribution of temperature data. We found that surface temperature data can be described more accurately with a multimodal rather than a unimodal distribution. Here, we applied Gaussian Mixture Models (GMM) to daily near-surface maximum air temperature data from the historical and future Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) simulations for 46 land regions defined by the Intergovernmental Panel on Climate Change. Using the multimodal distribution, we found that temperature extremes, defined based on daily data in the warmest mode of the GMM distributions, are getting more frequent in all regions. Globally, a 10-year extreme temperature event relative to 1985-2014 conditions will occur 13.6 times more frequently in the future under 3.0C of global warming levels (GWL). The frequency increase can be even higher in tropical regions, such that 10-year extreme temperature events will occur almost twice a week. Additionally, we analyzed the change in future temperature distributions under different GWL and found that the hot temperatures are increasing faster than cold temperatures in low latitudes, while the cold temperatures are increasing faster than the hot temperatures in high latitudes. The smallest changes in temperature distribution can be found in tropical regions, where the annual temperature range is small. Our method captures the differences in geographical regions and shows that the frequency of extreme events will be even higher than reported in previous studies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197541/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Detecting Extreme Temperature Events Using Gaussian Mixture Models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pacal, AytacDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-1324-2389143011457
Hassler, BirgitDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2724-709XNICHT SPEZIFIZIERT
Weigel, KatjaDLR, IPA und Univ. BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kurnaz, LeventBoğaziçi University, Istanbul, TurkeyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wehner, M.F.Lawrence Berkely National Lab., Berkely, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eyring, VeronikaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-6887-4885NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 September 2023
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:128
DOI:10.1029/2023JD038906
Seitenbereich:e2023JD038906
Verlag:Wiley
ISSN:2169-897X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:extreme events, Gaussian mixture models, daily maximum temperatures, return periods, bimodal distributions, multimodal distributions
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystemmodell -Evaluation und -Analyse
Hinterlegt von: Pacal, Aytac
Hinterlegt am:26 Sep 2023 08:24
Letzte Änderung:26 Sep 2023 08:24

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