Спор о влиянии глобального потепления на тропические циклоны упирается в ненадёжность исторических данных и отсутствие понимания их внутренней динамики. Работа стоит на отшибе: рядом исследования тепловых насосов Энцелада, климатических качелей Марса и волн-невидимок в океане, но никто не смотрел на энергетику циклонов через призму критических явлений. Авторы предлагают новый подход, основанный на статистике энергии отдельных штормов, а не годовой активности.
Для каждого тропического циклона из баз данных National Hurricane Center и Joint Typhoon Warning Center рассчитан индекс рассеяния мощности (PDI): сумма кубов максимальной скорости ветра за каждые 6 часов жизни шторма. Проанализированы четыре бассейна: Северная Атлантика, северо-восточная и северо-западная части Тихого океана, Южное полушарие. Периоды наблюдений 1966–2007 или 1986–2007. Распределения PDI строились отдельно для тёплых и холодных лет (по температуре поверхности океана) и для фаз Эль-Ниньо (по индексу MEI).
Во всех бассейнах плотность вероятности PDI следует степенному закону с показателем от 0.95 до 1.25. Отклонения при малых PDI объясняются неполнотой записей о слабых штормах, при больших — конечным размером бассейна. Форма распределения не изменилась за 100 лет в Северной Атлантике. Тёплые годы увеличивают максимальные значения PDI в Атлантике и северо-восточной Пацифике, а Эль-Ниньо — в обеих частях Тихого океана, но форма распределения остаётся прежней. Период высокой активности 1995–2005 годов неотличим от других активных периодов, включая 1926–1970 годы.
Степенной закон указывает на масштабную инвариантность: нет типичного размера тропического циклона, все масштабы равноправны. Это отличает работу от соседей, изучающих конкретные механизмы или климатические тренды. Результат предполагает, что атмосфера находится вблизи критического состояния, что объясняет трудности прогноза интенсивности ураганов. Такой взгляд связывает тропические циклоны с другими критическими явлениями в атмосфере, например, с осадками.
Можно проверить, сохраняется ли степенной закон при более детальном учёте неполноты данных, особенно для слабых штормов до спутниковой эры. Перспективно исследовать связь показателя степени с физическими параметрами атмосферы и океана, а также применить аналогичный анализ к другим проявлениям конвекции.
Результаты важны для климатологии, прогнозирования ураганов и теории самоорганизованной критичности.
Провести анализ чувствительности к критериям отбора штормов и включить данные по северной части Индийского океана. Сравнить распределение PDI с модельными расчётами климатических симуляций.
Работа напрямую касается нерешённой проблемы предсказания интенсивности тропических циклонов: если их эволюция критична, то точный прогноз интенсивности принципиально ограничен. Это ставит вопрос о пределах детерминированного моделирования атмосферных процессов.
Показатель степени около 1 означает, что энергия распределена так, что на каждый порядок величины PDI приходится примерно одинаковое число циклонов. Это свойство характерно для землетрясений и лесных пожаров.