Два лика Эль-Ниньо: как разный характер океанского тепла переписывает карту засух и наводнений
Контекст
Эль-Ниньо и Ла-Нинья давно известны как главные дирижёры глобальных осадков, но в последние два десятилетия выяснилось, что Эль-Ниньо бывает двух сортов: классический восточно-тихоокеанский (EP) и центрально-тихоокеанский (CP, или Модоки). Большинство прежних работ опирались на линейные корреляции или композитные средние, которые не различают, как ведут себя именно хвосты распределения осадков — то есть очень влажные и очень сухие сезоны. Наша работа стоит рядом с исследованиями, которые уже показали, что Эль-Ниньо можно предсказать за полтора года, и с попытками оживить старые летописи о погоде, но отличается тем, что смотрит не на средние значения, а на совпадение редких событий. Это позволяет уловить сигналы, которые линейные методы просто не видят.
Методы
Авторы взяли месячные данные осадков GPCC с разрешением 2,5°×2,5° за 1951–2016 годы и собрали из них сезонные суммы для осени (SON), зимы (DJF) и весны (MAM). Для каждой ячейки сетки сезоны с осадками выше 80-го процентиля считались очень влажными, ниже 20-го — очень сухими. Типы Эль-Ниньо и Ла-Ниньи были взяты из классификации Wiedermann et al. (2016), основанной на индексе транзитивности климатической сети. Затем для каждой ячейки и каждого сезона методом event coincidence analysis подсчитывалась доля ENSO-периодов данного типа, совпавших с очень влажным или сухим сезоном. Статистическая значимость оценивалась аналитически при предположении случайного независимого распределения событий, с порогом p < 0,05.
Результаты
Для EP Эль-Ниньо подтвердились известные связи: засухи в Индонезии, на Филиппинах и в северной Амазонии в SON, влажные условия на западе Северной Америки и в Эквадоре, сухие сезоны в северо-восточной Бразилии в MAM. Для CP Эль-Ниньо многие из этих паттернов исчезают или слабеют, зато появляются новые: засухи на восточном побережье Австралии в SON, влажные условия в южном Чили и Центральной Азии в DJF, сухие сезоны в юго-восточной Африке в MAM. Для Ла-Ниньи EP-тип даёт обширные связные аномалии (влажно в Австралии и Индонезии, сухо в южной Европе и на юге Бразилии), тогда как CP-тип — лишь отдельные пятна: влажно в Австралии в SON, сухо во Флориде в DJF, сухо в Великобритании, Ирландии и западном Казахстане в MAM. В целом CP-периоды дают статистически значимые совпадения реже и на меньших площадях, чем EP, и это верно для обеих фаз ENSO.
Значение
Работа показывает, что различие между EP и CP типами важно не только для средних осадков, но и для вероятности экстремальных сезонов. Это усиливает аргумент в пользу того, что Ла-Нинью тоже стоит делить на два типа, хотя раньше по корреляциям температур поверхности океана это было спорно. По сравнению с соседними работами, которые используют линейные методы или композиты, здесь впервые применён событийный подход к глобальной сетке осадков, что позволяет увидеть сигналы, невидимые для средних значений. Это не просто подтверждение старых связей, а новая карта рисков, привязанная к конкретному типу ENSO.
Развитие
Метод можно распространить на другие климатические переменные — температуру воздуха, влажность почвы, речной сток, а также на урожайность и доступность воды. Если тип развивающегося Эль-Ниньо удастся определить достаточно рано, появится возможность заранее предупреждать о вероятных засухах или наводнениях в конкретных регионах. Также стоит проверить, воспроизводятся ли эти паттерны в климатических моделях CMIP6: расхождения укажут на недостаточно хорошо описанные процессы.
Влияние
Сельское хозяйство, управление водными ресурсами, прогнозирование стихийных бедствий и эпидемиологический надзор в регионах, чувствительных к ENSO.
Следующие шаги
Проверить воспроизводимость паттернов в моделях CMIP6 и расширить анализ на другие переменные и более длинные ряды, чтобы накопить больше событий для каждого типа.
Ключевые проблемы
Для климатологии остаётся открытым вопрос, насколько устойчивы во времени связи между типами ENSO и экстремальными осадками при изменении климата. Также неясно, можно ли делить CP Эль-Ниньо на подтипы, которые по-разному влияют на осадки в Индо-Тихоокеанском регионе, и насколько это деление переносится на Ла-Нинью.
Термин «Модоки» для центрально-тихоокеанского Эль-Ниньо происходит от японского слова, означающего «похожий, но другой» — это точно отражает его характер: внешне напоминает классический Эль-Ниньо, но ведёт себя иначе.
Ключевые числа
- Число EP Эль-Ниньо: 7
- Число CP Эль-Ниньо: 17
- Число EP Ла-Нинья: 8
- Число CP Ла-Нинья: 12
- Порог для очень влажного сезона: 80-й процентиль
- Порог для очень сухого сезона: 20-й процентиль
- Пространственное разрешение данных: 2.5° × 2.5°