Океан как барабан, по которому бьёт случайный молоток атмосферы. Эль-Ниньо — это тёплое пятно в тропической части Тихого океана, которое приходит раз в несколько лет и меняет погоду по всей планете. Учёные долго спорили: работает ли Эль-Ниньо как точный часовой механизм, который можно предсказать, или как игральная кость, где каждый бросок независим от предыдущего. Новое исследование проверило это на данных за 138 лет и получило неожиданный ответ.
Исследователи взяли записи температуры поверхности океана в области Niño 3 (это прямоугольник в восточной части Тихого океана, где Эль-Ниньо проявляется сильнее всего). Сначала они убрали из данных сезонный цикл — тот самый ритм, который заставляет океан теплеть летом и остывать зимой. Оставшийся сигнал, по идее, должен был показать, есть ли в Эль-Ниньо скрытая закономерность. Результат оказался похож на шум: после вычета сезонности ряд температуры стал неотличим от случайного процесса, вроде броуновского движения пылинки в стакане воды.
Чтобы убедиться, учёные сравнили реальные данные с модельными. Сначала они построили модель, где океан и атмосфера обмениваются теплом по строгим правилам, без случайных толчков. Такая модель после вычета сезонности вела себя как детерминированный хаос — то есть предсказуемо, хотя и сложно. Но как только в модель добавили случайный шум, имитирующий порывы ветра и колебания давления, модельный ряд стал таким же случайным, как и наблюдения. Это значит, что Эль-Ниньо — не точный механизм, а скорее отклик океана на беспорядочные удары атмосферы.
Раньше было неясно, является ли Эль-Ниньо низкоразмерным хаосом, возбуждаемым сезонным циклом, или стохастическим процессом, вызванным шумом атмосферы. Теперь показано, что после вычета сезонного цикла ряд Niño 3 статистически неотличим от случайного процесса. Для прогнозов это означает, что предсказывать Эль-Ниньо нужно вероятностно: вместо одного сценария стоит выдавать спектр возможных исходов, как в прогнозе погоды на месяц вперёд. Барабан океана звучит не по нотам, а от случайных ударов, и в этом хаосе есть свой порядок — статистический.
Тест Каплана–Гласса был разработан в начале 1990-х для анализа хаотических сигналов в медицине и физике, но нашёл применение и в геофизике, например для изучения магнитосферных суббурь.