Маятник, который забывает, как качаться ✎

Оригинал: "(Un)predictability of strong El Niño events"
arXiv:1710.03216 · 2017-10-09 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Сильные Эль-Ниньо могут исчезать на десятилетия, потому что климатическая система перескакивает между двумя разными режимами колебаний.

В 2014 году прогнозисты ждали сильное Эль-Ниньо, а оно пришло только через год. Океан словно передумал. Исследователи изучили простую модель тропического Тихого океана и нашли, что у системы есть два разных «характера»: один регулярно порождает мощные Эль-Ниньо, другой — колеблется хаотично и без них.

Эта модель похожа на маятник, который иногда перескакивает на другие качели. В одном режиме маятник качается почти ровно, с периодом около двенадцати лет, и каждый цикл включает одно сильное Эль-Ниньо. В другом режиме тот же маятник дёргается непредсказуемо, и сильных событий нет вовсе. Оба режима существуют одновременно, как два углубления на одной поверхности, и система может скатиться из одного в другое.

Переключение запускается слабым сезонным воздействием — его амплитуда всего 0.002 от основного параметра. Этого крошечного толчка хватает, чтобы маятник срывался с одной качели на другую.

В симуляции длиной сто тысяч лет эпохи хаотического режима длились в среднем несколько сотен лет, а самая долгая — около 540 лет. Длительности соседних эпох не связаны между собой: зная, сколько продлится текущая, нельзя предсказать следующую. Это как если бы монетка подбрасывалась раз в несколько столетий, и от результата зависело, будут ли сильные Эль-Ниньо в ближайшие десятилетия.

Раньше непредсказуемость сильных Эль-Ниньо объясняли хаосом — чувствительностью к мельчайшим различиям в начальных условиях. Новая работа показывает, что есть и второй механизм: система не просто разбегается, а скачком меняет режим. Границы между режимами переплетены, как кружево, поэтому даже крошечное возмущение может столкнуть систему через край.

Практический вывод: вместо точечных прогнозов «будет ли Эль-Ниньо в 2030 году» стоит оценивать вероятность того, что система находится в режиме регулярных сильных событий.

Такой взгляд меняет подход к прогнозированию. Если в реальном океане существуют подобные сосуществующие режимы, то долгосрочный прогноз превращается в задачу о том, на каких качелях сейчас качается маятник. А значит, пропажа сильных Эль-Ниньо на десятилетия — не сбой модели, а естественное поведение системы, которая иногда забывает, как качаться ровно.

В модели JT сильное Эль-Ниньо наступает, когда разность температур востока и запада тропической части Тихого океана приближается к нулю: океан на мгновение становится почти «ровным» по температуре.

Понятия
энсо южная осцилляция эль-ниньо модель осциллятора с подзарядкой эль-ниньо ла-нинья весенний барьер предсказуемости южная осцилляция многомерный индекс ЭНСО модель Джина–Тиммермана вспышка западных ветров ERSST объём тёплой воды межгодовая изменчивость распространение экваториальных волн северное экваториальное противотечение естественная изменчивость сезонный цикл буйковые станции TAO/TRITON эффект конденсатора Индийского океана сезонный форсинг