Как Эль-Ниньо и вулканы перестраивают климатическую паутину ✎

Оригинал: "Global teleconnectivity structures of the El Niño-Southern Oscillation and large volcanic eruptions -- An evolving network perspective"
arXiv:1711.04670 · 2017-11-10 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Климатологи увидели, что Эль-Ниньо связывает далёкие уголки Земли, а вулканы действуют только рядом с собой.

Каждый день температура в разных точках Земли меняется, и часто эти изменения совпадают даже на большом расстоянии. Климатологи соединили такие точки линиями, как будто натянули паутину по всей планете. В обычные годы паутина аккуратно разделена на части, но когда в Тихом океане случается Эль-Ниньо, линии рвутся и появляются новые, которые тянутся через весь земной шар.

Чтобы построить такую паутину, учёные взяли температуры с 1948 по 2015 год в 10 242 точках. Для каждой пары точек они посчитали, насколько сильно их температуры меняются вместе, и оставили только самые сильные совпадения — всего 0,5% от всех возможных пар. Потом они измерили, насколько плотно линии сплетаются в клубки и как далеко они тянутся.

Эль-Ниньо — это когда вода у берегов Перу становится аномально тёплой. Ла-Нинья — наоборот, аномально холодной.

Во время сильных Эль-Ниньо и Ла-Нинья паутина теряет свою обычную разбивку на регионы. Вместо этого появляются дальние связи, например между восточной частью Тихого океана и Индонезией или Западной Африкой. А вот после извержения вулкана Пинатубо в 1991 году связи стали плотнее только в одном районе, но не тянулись далеко.

Такой способ смотреть на климат помогает понять, когда изменение охватывает всю планету, а когда остаётся местным. Если компьютерная модель климата воспроизводит такую же перестройку паутины, значит, ей можно больше доверять.

Сеть строилась на основе всего 0,5% самых сильных корреляций, то есть из более чем 52 миллионов возможных пар точек в каждом окне оставалось лишь около 260 тысяч связей.

c_{ij} = \frac{\langle T_i T_j \rangle}{\sqrt{\sigma_i^2 \sigma_j^2}}
Мера линейной связи между временными рядами температур в узлах i и j
Q = \frac{1}{2m} \sum_{ij} \left( A_{ij} - \frac{k_i k_j}{2m} \right) \Delta_{ij}
Показывает, насколько сеть разбивается на плотные сообщества по сравнению со случайной сетью
Понятия
энсо южная осцилляция эль-ниньо телеконнекция эль-ниньо ла-нинья климатическая сеть модель Джина–Тиммермана многомерный индекс ЭНСО весенний барьер предсказуемости естественная изменчивость распространение экваториальных волн южная осцилляция буйковые станции TAO/TRITON сезонный цикл объём тёплой воды ERSST модель осциллятора с подзарядкой межгодовая изменчивость сезонный форсинг спутниковый рекорд UAH