Почему океан дышит неровно ✎

Оригинал: "Modelling the coupling between ocean and atmosphere; the global signature of the El Niño/La Niña Southern Oscillation"
arXiv:1708.06114 · 2017-08-21 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Учёные нашли в записях Эль-Ниньо долгую память и частые сильные удары, которые модели раньше не видели.

Раз в несколько лет Тихий океан будто делает глубокий вдох: тёплая вода от Индонезии растекается к Южной Америке, и погода на всей планете сбивается. Это явление называют Эль-Ниньо. Учёные записывают его пульс с помощью чисел: разность давления между двумя островами и температуру воды в определённом месте. Записи велись 66 лет по одному индексу и 147 лет по другому.

Южный колебательный индекс — это разность атмосферного давления между Таити и Дарвином. Лучший индекс ЭНСО добавляет к нему температуру океана.

Раньше думали, что отклонения от среднего ритма — случайный шум, как помехи в радио. Но когда учёные внимательно посмотрели на записи, оказалось: сильные удары случаются гораздо чаще, чем предсказывает такая модель. Вероятность события с амплитудой вдвое больше порога падает не в сотни раз, а всего в 23 раза. Это как если бы в спокойном море каждую неделю накатывала волна высотой с дом. Кроме того, океан помнит свои прошлые состояния: сегодняшняя температура зависит от того, что было несколько лет назад. Память не исчезает даже на больших масштабах времени.

Поэтому прогнозы часто ошибаются: модели не учитывают эту долгую память и частые сильные события. Если встроить в них новые данные, прогнозы станут точнее, и мы сможем лучше готовиться к засухам, наводнениям и другим последствиям. Океан дышит не как метроном, а как джазовый барабанщик, который помнит каждый свой удар.

Показатель степенного хвоста μ = 4.52 для SOI означает, что событие с амплитудой в два раза выше порога случается примерно в 23 раза реже, чем событие с пороговой амплитудой. Это гораздо медленнее, чем предсказывает гауссово распределение.

P(X > x) \sim x^{-\mu}
Вероятность флуктуации с амплитудой больше x убывает как степенная функция с показателем μ.
F_d(\tau) \sim \tau^{\alpha}
Среднеквадратичная флуктуация растёт со временем по степенному закону с показателем α.
Понятия
энсо южная осцилляция эль-ниньо южная осцилляция ла-нинья многомерный индекс ЭНСО эль-ниньо модель Джина–Тиммермана связь океана и атмосферы модель осциллятора с подзарядкой весенний барьер предсказуемости буйковые станции TAO/TRITON ERSST распространение экваториальных волн сезонный цикл естественная изменчивость относительный они северное экваториальное противотечение межгодовая изменчивость объём тёплой воды NOAA CPC