Почему климат Индийского и Тихого океанов танцует под несколько мелодий сразу ✎

Оригинал: "Indo-Pacific variability on seasonal to multidecadal timescales. Part I: Intrinsic SST modes in models and observations"
arXiv:1604.01742 · 2016-04-06 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Новый математический метод раскладывает сложные колебания температуры океана на простые ритмы, как музыку на ноты.

Оркестр без дирижёра: инструменты сами выстраивают ритм. Так устроен климат Индийского и Тихого океанов. Температура поверхности воды там колеблется не как попало, а в нескольких скрытых ритмах — от быстрых, сезонных, до очень медленных, многодесятилетних. Раньше, чтобы услышать один ритм, приходилось заглушать все остальные, и при этом можно было потерять важные детали. Новый математический метод работает как внимательный слушатель: он воспринимает весь оркестр целиком и раскладывает музыку на отдельные партии, ничего не отбрасывая заранее.

Метод называется нелинейный лапласовский спектральный анализ. Он использует геометрию данных, чтобы найти собственные колебания системы, не требуя предварительной фильтрации.

С помощью этого метода учёные проанализировали данные о температуре поверхности океана за 1300 лет модельных расчётов и 140 лет наблюдений. Они выделили несколько ритмов. Один из них — Эль-Ниньо, известный климатический цикл с периодом около 4 лет. Но самое неожиданное открытие: комбинация Эль-Ниньо с годовым циклом объясняет до 35% изменений температуры в восточной части Индийского океана, в том самом месте, где обычно определяют Индоокеанский диполь. Это значит, что Индоокеанский диполь, возможно, не самостоятельный ритм, а лишь эхо взаимодействия Эль-Ниньо с годовым циклом.

Ещё одна находка — очень медленный ритм, названный западной тихоокеанской многодесятилетней модой. Его отдельные события длятся около 65 лет, то есть дольше, чем вся эпоха спутниковых наблюдений за океаном. Чтобы услышать такой ритм, нужны очень длинные записи данных. Теперь, когда мы знаем об этих скрытых ритмах, становится понятнее, почему климат в регионе меняется так, а не иначе, и как лучше предсказывать засухи и муссоны.

Западная тихоокеанская многодесятилетняя мода (WPMM) настолько медленная, что отдельные её события могут длиться дольше, чем весь период спутниковых наблюдений за океаном. Например, в модели CCSM4 одно положительное событие WPMM продолжалось около 65 лет.

Идея скрытых периодичностей, управляющих климатом, перекликается с романом Айзека Азимова «Конец Вечности», где математики вычисляют циклические изменения реальности, чтобы управлять историей человечества.

Понятия
нелинейный спектральный анализ Лапласиана тихоокеанская декадная осцилляция энсо южная осцилляция индекс Эль-Ниньо межгодовая изменчивость диполь индийского океана весенний барьер предсказуемости многомерный индекс ЭНСО декадная изменчивость буйковые станции TAO/TRITON ERSST модель Джина–Тиммермана смешанные моды колебаний Ниньо 4 стохастическая динамическая система NOAA PMEL TAO тропосферная двухлетняя осцилляция сезонный цикл