Двойной скачок климата XX века ✎

Оригинал: "Empirical evidence for a double step climate change in twentieth century"
arXiv:1303.1581 · 2013-03-07 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Потепление прошлого века шло не плавно, а двумя резкими ступенями в 1925/26 и 1987/88 годах.

Температура океана поднималась не как вода в ванне, а как человек по лестнице: два широких шага вверх, а между ними и вокруг них — волны естественных колебаний, которые накатывают и отступают. Первый шаг случился в 1925/26 годах, второй — в 1987/88. Каждый добавлял к средней температуре около 0.28°C в тропиках и 0.36°C в северных средних широтах.

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.

Эти ступени обнаружили, когда к температуре поверхности океана применили простую модель: два фактора — известные колебания (Эль-Ниньо в тропиках, Тихоокеанская декадная осцилляция в северных средних широтах) и ступенчатая функция, которая меняет уровень с -1 до +1 в моменты скачков. Модель объяснила 86% изменчивости в тропиках и 81% в северных средних широтах. То есть большая часть потепления XX века в этих поясах — не плавный тренд, а два резких перехода.

Проверка оказалась строгой: коэффициенты, полученные только по данным 1910–1940 годов, воспроизвели весь последующий ряд вплоть до 2012 года с корреляцией 0.86. Это значит, что найденные связи устойчивы, а не подогнаны под конкретный отрезок.

До работы было неясно, почему потепление шло неравномерно: быстрый рост в начале века, застой в середине и снова рост в конце. Одни объясняли это внешними воздействиями, другие — внутренней изменчивостью. Теперь видно, что значительную часть можно описать как два скачка на фоне обычных колебаний. Никакого плавного тренда не требуется.

Сегодня такой подход полезен для быстрой диагностики климатических рядов: если два фактора объясняют почти всю дисперсию, искать дополнительные причины потепления в этих широтах не обязательно. Это помогает интерпретировать палеоданные и проверять климатические модели.

Лестница с двумя широкими ступенями — так выглядит потепление XX века. Волны Эль-Ниньо и Тихоокеанской декадной осцилляции продолжают накатывать и отступать, но средний уровень после каждого шага остаётся выше. Следующий шаг, если он случится, модель предскажет только после того, как он произойдёт, но теперь мы знаем, что искать.

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.

T(t) = c_0 + \sum_{i=1}^{n} c_i X_i(t - \Delta t_i)
Температурная аномалия в момент t равна сумме постоянной c0 и вкладов n факторов Xi, взятых с временными лагами Δti и коэффициентами ci.
Понятия
энсо тихоокеанская декадная осцилляция южная осцилляция эль-ниньо эль-ниньо ERSST модель Джина–Тиммермана весенний барьер предсказуемости многомерный индекс ЭНСО ла-нинья модель осциллятора с подзарядкой объём тёплой воды естественная изменчивость относительный они температура поверхности моря буйковые станции TAO/TRITON аномалия температуры поверхности моря сезонный цикл декадная изменчивость OISST v2.1 распространение экваториальных волн