Эль-Ниньо — сильнейшее естественное климатическое колебание на межгодовых масштабах, влияющее на погоду по всему миру. Его описывают разными индексами, но MEI считается наиболее полным, поскольку объединяет шесть метеорологических параметров над тропической частью Тихого океана. В соседних работах показано, что климатические подсистемы синхронизируются как сеть связанных нелинейных осцилляторов: например, температура океана, длина суток и полярные сияния имеют общий 60-летний цикл. Данное исследование стоит несколько особняком: оно не ищет циклы, а напрямую измеряет силу связи между тремя индикаторами.
Использованы ежемесячные данные трёх индексов: MEI (1950–2011), концентрация CO₂ на Мауна-Лоа (1958–2011) и длина суток LOD (1962–2010). Сначала убрали сезонные циклы из CO₂ и LOD путём вычисления годовых разностей (разность между январём текущего года и январём предыдущего и т.д.). Затем нашли взаимные корреляции между MEI и полученными рядами годовых скоростей изменения CO₂ и LOD, варьируя временной сдвиг. Для количественной оценки связи построили диаграммы рассеяния и определили линейные коэффициенты пересчёта.
Обнаружена значимая корреляция между MEI и годовой скоростью изменения CO₂ (r = 0.49 при задержке CO₂ на 3 месяца) и между MEI и годовой скоростью изменения LOD (r = -0.34 при задержке LOD на 4 месяца). Обе корреляции статистически значимы (p < 0.01). Это означает, что после сильного Эль-Ниньо (высокий MEI) через 3 месяца скорость роста CO₂ достигает максимума, а через 4 месяца скорость изменения LOD достигает минимума (то есть вращение Земли ускоряется). Исключение составляет период 1991–1993 годов, когда извержение Пинатубо нарушило синхронность из-за снижения дыхания экосистем и усиления диффузного излучения. Получены коэффициенты пересчёта: годовая скорость CO₂ ≈ 0.55 × MEI (ppm/год), годовая скорость LOD ≈ -0.27 × MEI (мс/год).
Работа отличается от соседних исследований тем, что вместо поиска общих циклов даёт простые количественные соотношения, которые можно напрямую использовать для проверки моделей. Если модель воспроизводит эти коэффициенты, значит, она правильно описывает связь между океаном, атмосферой и вращением Земли. Это первый шаг к превращению эмпирических корреляций в инструмент валидации.
Тема может развиваться в сторону включения астрономических воздействий (солнечные и лунные приливные циклы) в модели Эль-Ниньо. Также возможно расширение анализа на другие климатические индексы, такие как Северо-Атлантическое колебание, для выявления общей сети синхронизации. Дальнейшее уточнение коэффициентов на более длинных рядах данных позволит проверить их устойчивость во времени.
Результаты могут повлиять на климатическое моделирование, геофизику вращения Земли и углеродный цикл, предоставив простые тесты для моделей.
Следующим шагом может быть проверка полученных коэффициентов на независимых данных и в рамках существующих климатических моделей, чтобы оценить их предсказательную силу.
Работа связана с нерешённой проблемой климатологии: почему общие циркуляционные модели плохо воспроизводят Эль-Ниньо и связанные с ним колебания. Предложенные количественные связи могут служить ориентиром для улучшения моделей, но не решают вопрос о физическом механизме генерации Эль-Ниньо.
Извержение вулкана Пинатубо в 1991 году настолько сильно повлияло на глобальный углеродный цикл, что на два года нарушило связь между Эль-Ниньо и скоростью роста CO₂.