Тихий океан дышит не равномерно, а рывками. Раз в несколько лет его тёплые воды приходят в движение, и тогда Австралия задыхается от засухи, а Перу заливает дождями. Это явление называют Эль-Ниньо, и оно похоже на путешественника, который блуждает по невидимой карте дорог.
Карта эта не нарисована на бумаге. Она спрятана в уравнениях, которые описывают, как океан и атмосфера обмениваются теплом. Главная особенность этих уравнений — задержка. Тёплое пятно в океане не сразу меняет ветер, а ветер не сразу меняет течения. Проходит время, и отклик возвращается в систему, как эхо в горах. Именно эти задержки, по мнению учёных, и задают ритм Эль-Ниньо.
Раньше, чтобы понять этот ритм, учёные запускали компьютерные модели и смотрели, как они себя ведут. Это как если бы путешественник просто шёл по дорогам, не имея карты. Он мог бы найти одну-две тропы, но не увидел бы всей сети перекрёстков и тупиков. Новая работа предлагает другой подход: построить саму карту. Для этого авторы применили метод, который математики называют бифуркационным анализом. Он позволяет не просто наблюдать за поведением системы, а найти все возможные режимы её работы и границы между ними.
Результат — подробная карта, на которой видны области, где климат колеблется строго периодически, и области, где он ведёт себя хаотично. Например, если средняя сила связи океана и атмосферы невелика, система спокойна. Но стоит перейти некую границу, как возникают устойчивые ритмы с периодами в три или четыре года. Эти ритмы называют резонансными, потому что они синхронизируются с годовым циклом, как маятник, который качается в такт толчкам.
Карта дорог для климата — не просто красивая абстракция. Она показывает, насколько чувствителен Эль-Ниньо к изменениям параметров, которые учёные знают лишь приблизительно. Если реальный климат находится вблизи границы между разными режимами, даже небольшая ошибка в измерениях может привести к неверному прогнозу. Теперь, имея карту, исследователи могут лучше понять, где именно блуждает наш путешественник и куда он может свернуть в будущем.
Волны Кельвина, переносящие тёплые аномалии через Тихий океан, движутся со скоростью около 2–3 метров в секунду, преодолевая 10 000 километров примерно за два месяца.
В романе Кима Стэнли Робинсона «Сорок знаков дождя» климатические модели с обратными связями и задержками играют ключевую роль в предсказании резких изменений погоды, что перекликается с идеей чувствительности ЭНЮК к параметрам.