Почему Эль-Ниньо ходит по кругу: карта дорог для климата ✎

Оригинал: "Bifurcation analysis of delay-induced resonances of the El-Nino Southern Oscillation"
· Bernd Krauskopf, Jan Sieber
arXiv:1109.2818 · 2011-09-13 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Учёные нашли все возможные ритмы Эль-Ниньо, как дороги на карте.

Тихий океан дышит не равномерно, а рывками. Раз в несколько лет его тёплые воды приходят в движение, и тогда в одних местах наступает засуха, а в других — наводнения. Это явление называют Эль-Ниньо, и оно похоже на путешественника, который блуждает по невидимой карте дорог.

Тёплое пятно в океане влияет на ветер не сразу, а через несколько месяцев. Это как эхо в горах: крикнешь — ответ придёт позже.

Учёные построили такую карту. Для этого они использовали математику, которая показывает все возможные пути системы — не только те, по которым она уже ходила. Оказалось, что если связь между океаном и атмосферой слабая, климат спокоен. Но если связь становится сильнее, возникают устойчивые ритмы: Эль-Ниньо начинает повторяться каждые три или четыре года. Это похоже на качели, которые раскачиваются в такт толчкам.

Карта помогает понять, насколько точен прогноз. Если реальный климат находится вблизи границы между разными режимами, даже небольшая ошибка в измерениях может изменить предсказание. Теперь, имея карту, учёные лучше видят, где именно блуждает климат и куда он может свернуть.

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.

\frac{d}{dt}h(t) = bG[\kappa(t-\tau_1)h(t-\tau_1)] - cG[\kappa(t-\tau_2)h(t-\tau_2)] - dh(t)
Скорость изменения аномалии термоклина равна разности положительной обратной связи с задержкой τ1 и отрицательной с задержкой τ2 минус диссипация
G(x) = \begin{cases} b_+ \tanh(x/b_+) & \text{если } x \ge 0 \\ b_- \tanh(x/b_-) & \text{если } x < 0 \end{cases}
Нелинейная функция, ограничивающая рост аномалий и вносящая асимметрию между тёплыми и холодными фазами
\kappa(t) = k_0 + d_k \sin(\omega t)
Среднее значение k0 плюс синусоидальное изменение с амплитудой dk и частотой ω, соответствующей 12 месяцам
Понятия
южная осцилляция эль-ниньо энсо модель Джина–Тиммермана индекс Эль-Ниньо модель осциллятора с подзарядкой многомерный индекс ЭНСО южная осцилляция весенний барьер предсказуемости ла-нинья буйковые станции TAO/TRITON распространение экваториальных волн ERSST обратная связь Бьеркнеса теория запаздывающего осциллятора естественная изменчивость NOAA PMEL TAO сезонный форсинг смешанные моды колебаний телеконнекция сезонный цикл