Работа стоит на отшибе от соседних исследований: ближайшие по смыслу работы касаются предсказания Эль-Ниньо, реакции Антарктиды на углекислый газ и солнечного влияния на ледниковые периоды. В отличие от них, данная статья не ищет внешние драйверы или долгопериодные циклы, а проверяет гипотезу о том, что сам тренд потепления в XX веке был не гладким, а ступенчатым. Это продолжает линию исследований режимных сдвигов в климатической системе, начатую ещё в 1990-е годы, но с более строгим определением: сдвиг считается значимым только если он не объясняется известной внутрирежимной изменчивостью, такой как ЭНСО или ТДО.
Авторы использовали ежемесячные аномалии температуры поверхности океана из двух наборов данных: HadSST2 для периода до начала 1980-х и Reynolds v2 для более позднего времени, считая спутниковые данные более точными по пространственному покрытию. Для каждого широтного пояса (тропики 30°Ю–30°С и северные средние широты 30°С–60°С) строилась множественная линейная регрессия, где предикторами выступали индекс Эль-Ниньо Nino34 с лагом в один месяц или индекс Тихоокеанской декадной осцилляции без лага, а также ступенчатая функция климатического режима, равная -1 до 1926 года, 0 между 1926 и 1987 годами и +1 после 1987 года. Коэффициенты подбирались стандартным методом наименьших квадратов в Excel. Даты сдвигов определялись перебором: выбиралось такое время, при котором реконструированная кривая не давала видимых разрывов по сравнению с наблюдениями.
Для тропиков модель с двумя факторами (ЭНСО и климатический режим) объясняет 86% дисперсии месячных аномалий температуры за 1900–2012 годы. Для северных средних широт аналогичная модель с ТДО вместо ЭНСО даёт корреляцию 0.81. Оценка величины каждого из двух скачков составила 0.28°C для тропиков и 0.36°C для северных средних широт, причём если рассматривать сдвиги раздельно, их амплитуды оказываются близкими: 0.26 и 0.28°C для тропиков, 0.38 и 0.34°C для северных средних широт. Проверка устойчивости показала, что коэффициенты, полученные только по данным 1910–1940 годов, воспроизводят весь ряд с корреляцией 0.86 для тропиков и 0.81 для северных средних широт, что говорит о стабильности найденных связей.
В отличие от соседних работ, которые ищут внешние воздействия или предсказывают отдельные явления, эта статья предлагает минималистичное описание самого феномена потепления: не непрерывный тренд, а два резких сдвига на фоне известной естественной изменчивости. Такой подход меняет взгляд на причинность: возможно, значительная часть потепления XX века связана не с постепенным накоплением парниковых газов, а с редкими перестройками климатической системы, механизм которых ещё предстоит понять. Работа также показывает, что сложные модели не всегда обязательны: два фактора и ступенчатая функция дают почти ту же объясняющую способность, что и гораздо более детальные реконструкции.
Тема может развиваться в сторону поиска физических механизмов обнаруженных сдвигов. Если удастся связать их с конкретными процессами, например с перестройкой океанической циркуляции или с пороговыми эффектами в атмосфере, это позволит строить прогнозы следующего подобного события. Другое направление — проверка гипотезы на независимых данных: палеоклиматических реконструкциях, данных наблюдений за другие периоды или в других широтных поясах, включая южное полушарие.
Результаты могут повлиять на интерпретацию климатических моделей и на подходы к атрибуции наблюдаемого потепления. Они также полезны для экологов и биологов, изучающих режимные сдвиги в экосистемах, поскольку дают простой статистический инструмент для выделения ступенчатых изменений на фоне шума.
Ближайший шаг — воспроизвести анализ на более новых данных (после 2012 года) и на независимых наборах температуры, чтобы убедиться в устойчивости дат и амплитуд сдвигов. Также важно проверить, сохраняется ли ступенчатая структура при использовании других индексов естественной изменчивости, например индекса Атлантической мультидекадной осцилляции.
Работа напрямую связана с нерешённой проблемой климатологии: какова относительная роль внутренней изменчивости климатической системы и внешних воздействий в наблюдаемом потеплении. Обнаружение резких сдвигов, не объясняемых известными осцилляциями, ставит вопрос о существовании неизвестных пороговых механизмов, что является одной из центральных тем современной науки о климате.
Сдвиг 1976/77 года, который часто считают крупнейшим режимным сдвигом XX века, в данной работе не признаётся таковым: он почти полностью объясняется естественной изменчивостью Эль-Ниньо. А вот сдвиг 1987/88 года, наоборот, выделяется именно тем, что его нельзя свести к известным осцилляциям.