Современная климатология опирается на парадигму «воздействие–отклик»: растущая концентрация парниковых газов должна вести к непрерывному потеплению, возможно, почти линейному на рассматриваемом интервале. Однако наблюдаемая динамика температуры после удаления короткопериодных естественных колебаний выглядит иначе. Работа стоит в общем русле исследований климатической изменчивости, где соседние работы рассматривают влияние солнечной активности, орбитальных циклов и внутренних осцилляций, но здесь акцент сделан на выделении ступенчатой структуры потепления.
Использованы месячные аномалии температуры HadCRUT4 за 1950–2013 годы. Для каждого узла сетки вычтено линейное влияние индекса Эль-Ниньо, который получен как первая главная компонента (EOF) данных HadSST3. Процедура выполнена через веб-инструмент Climate Explorer, что позволяет воспроизвести результат менее чем за десять минут. Затем построены карты линейных трендов для трёх квазистабильных периодов и карты разностей средних температур между периодами.
Глобальная средняя температура после удаления линейного влияния ЭНСО демонстрирует ступенчатую форму: тренды за 1950–1987, 1988–1997 и 1998–2013 годы близки к нулю, а почти всё потепление произошло во время сдвигов 1987/1988 и 1997/1998 годов. Карты трендов в стабильные периоды показывают отсутствие глобальных изменений и лишь локальные вариации. В то же время карты разностей между периодами указывают, что большинство регионов быстро потеплели именно в моменты сдвигов. Простая линейная регрессия с двумя факторами (ЭНСО и климатический режим) объясняет 78% месячной и 87% годовой изменчивости глобальной температуры.
Работа отличается от соседних тем, что вместо поиска непрерывного отклика на внешнее воздействие выделяет дискретные переходы между квазистабильными состояниями. Это первая количественная проверка гипотезы о том, что потепление сосредоточено в коротких сдвигах, а не распределено равномерно. Такой результат ставит под сомнение адекватность чисто форсинговой парадигмы и указывает на возможное существование регулирующего механизма, не учтённого в современных климатических моделях.
Гипотеза сдвигов может быть проверена на более длинных рядах, включая палеоклиматические реконструкции, и на данных других моделей. Важно выяснить, являются ли сдвиги 1987/1988 и 1997/1998 годов уникальными или подобные переходы происходили и раньше. Также предстоит идентифицировать физический механизм, который мог бы удерживать температуру около уставки и затем быстро переключать её.
Результаты могут повлиять на интерпретацию климатических трендов в моделях и на оценку чувствительности климата к парниковым газам. Они также полезны для статистического описания и прогнозирования глобальной температуры.
Проверить устойчивость ступенчатой структуры на независимых наборах данных и с разными методами удаления естественных колебаний. Построить и протестировать модели с явным механизмом термостата.
Работа напрямую связана с нерешённой проблемой климатологии: почему наблюдаемое потепление неравномерно во времени и какова роль внутренней изменчивости климатической системы. Она также затрагивает вопрос о существовании отрицательных обратных связей, способных стабилизировать глобальную температуру.
Идея климатического термостата обсуждалась ещё в 1991 году, когда газета New York Times писала о возможной саморегуляции климата, а механизм с облаками предложили Раманатан и Коллинз.