Климатические сети: как Эль-Ниньо рвёт невидимые нити ✎

Оригинал: "Climate Networks around the Globe are Significantly Effected by El Nino"
arXiv:0804.1374 · 2008-04-08 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Эль-Ниньо почти не меняет среднюю температуру, но разрушает связи между далёкими точками планеты.

Гамак, сплетённый из тысяч верёвочек, натянут между континентами. Каждая верёвочка — это связь между двумя точками планеты: когда в одном месте теплеет, в другом холодает, и так изо дня в день. Пока гамак цел, он держит климат в привычном ритме. Но раз в несколько лет приходит Эль-Ниньо, тёплое течение у берегов Перу, и верёвочки начинают лопаться.

Климатическая сеть — это не метафора, а рабочий инструмент. Учёные взяли ежедневные измерения температуры с 1979 по 2006 год в четырёх зонах: тропики Тихого океана, Северная Америка, Европа и Юго-Восточная Азия. Для каждой пары точек они вычислили, насколько синхронно меняется температура, с учётом задержки до 200 дней. Если связь была сильной и держалась пять периодов подряд, её считали устойчивой. Таких верёвочек в гамаке оказалось много, и они связывали даже очень далёкие регионы.

Порог значимости выбрали не случайно. В спокойные годы корреляции почти никогда не опускаются ниже 2, поэтому любое падение ниже этой отметки сразу указывает на аномалию. Это похоже на датчик, который срабатывает только при настоящей тревоге.

Во время восьми известных событий Эль-Ниньо число выживших связей резко падало во всех четырёх зонах, хотя средняя температура в большинстве из них почти не менялась. Например, в зоне Северной Америки средняя аномалия температуры не показывала никакого сигнала, но сеть отчётливо проседала в 1997 и 2005 годах. Гамак терял верёвочки, но при этом оставался натянутым: средняя температура не прыгала, просто связи между точками рвались.

При этом связи, которые рвались, почти не отличались по силе корреляции от выживших. Зато у них были заметно большие временные задержки, обычно больше нескольких дней. Это значит, что Эль-Ниньо разрушает прежде всего медленные, дальние связи, а быстрые локальные отклики остаются. Гамак не падает целиком, но его плетение меняется: дальние верёвочки лопаются, а короткие держатся.

Такой взгляд на климат открывает новое: раньше было непонятно, как Эль-Ниньо влияет на регионы, где средняя температура не меняется. Теперь ясно, что он перестраивает саму структуру взаимодействий, и это видно по числу выживших связей. Метод можно применять для мониторинга климатических аномалий и, возможно, для раннего предупреждения о наступлении Эль-Ниньо. Гамак, сплетённый из верёвочек, продолжает держать климат, но теперь мы умеем считать, сколько верёвочек ещё цело.

Порог значимости корреляции, равный 2, был выбран не случайно: в спокойные годы почти не бывает корреляций ниже этого значения, поэтому любое падение ниже 2 сразу указывает на аномалию. Это похоже на датчик, который срабатывает только при настоящей тревоге.

Понятия
эль-ниньо ла-нинья индекс Эль-Ниньо энсо климатическая сеть весенний барьер предсказуемости эффект конденсатора Индийского океана относительный они сезонный цикл ERSST многомерный индекс ЭНСО североатлантическая осцилляция NOAA CPC вспышка западных ветров естественная изменчивость межгодовая изменчивость объём тёплой воды обратная связь Бьеркнеса распространение экваториальных волн сезонный форсинг