Почему климатические модели не сходятся ✎

Оригинал: "Climate dynamics and fluid mechanics: Natural variability and related uncertainties"
arXiv:1006.2864 · 2010-06-15 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Случайные возмущения могут объединять разрозненные климатические модели в классы, стирая тонкие различия между ними.

Климатологи тридцать лет собирают разбитую вазу. Каждая модель климата — свой осколок, и все они обещают разное потепление к 2100 году: от полутора до почти шести градусов. Разброс не уменьшается, сколько бы ни улучшали модели. Внутри этой вазы живёт океан, который сам по себе колеблется с периодами 7 и 14 лет, как маятник, который никто не толкает, но он не останавливается. А уравнения, описывающие климат, устроены так, что малейшее изменение в описании облаков или турбулентности может перевернуть поведение всей системы. Осколки вазы продолжают дробиться.

Учёные сменили тактику. Вместо точной склейки они решили добавить клей, который заполняет все щели. Этим клеем стал шум — случайные возмущения, которые всегда присутствуют в океане из-за турбулентности.

Шум разрушает узкие языки синхронизации, оставляя лишь конечное число широких.

Две модели, которые без шума вели себя по-разному, под действием шума становятся неразличимы. Это как два человека, которые в тишине кажутся разными, но в шумной толпе ведут себя одинаково. Возможно, именно шум поможет собрать вазу климата в единое целое, пусть и с грубыми швами.

Семейство отображений окружности Арнольда описывает конкуренцию двух периодичностей, например внутреннего ритма Эль-Ниньо и годового цикла. В моделях Эль-Ниньо действительно наблюдаются ступени лестницы дьявола, соответствующие периодам 4 года, 2 года и 16 месяцев.

q_t + J(\psi,q) - \nu\Delta^2\psi + \mu\Delta\psi = -\tau\sin\frac{2\pi y}{L_y}, \quad q = \Delta\psi - \lambda_R^{-2}\psi + \beta y
Эволюция потенциальной завихренности под действием ветра, вязкости и трения
x_{n+1} = x_n + \tau - \epsilon\sin(2\pi x_n) \mod 1
Модель взаимодействия двух частот с нелинейной связью
Понятия
естественная изменчивость энсо эль-ниньо сезонный цикл течение жидкости межгодовая изменчивость тропосферная двухлетняя осцилляция южная осцилляция эль-ниньо модель Джина–Тиммермана океаническое течение буйковые станции TAO/TRITON связь океана и атмосферы климат динамика жидкости в пористых средах весенний барьер предсказуемости муссон напряжение ветра многомерный индекс ЭНСО ла-нинья сезонный форсинг