Каждое лето над Индийским океаном разыгрывается одно и то же представление: влажный воздух устремляется с океана на раскалённую сушу, принося дожди, от которых зависит жизнь миллиардов людей. Этот гигантский атмосферный насос работает с завидной регулярностью, но внутри его «дыхания» прячутся колебания с периодами от трёх недель до трёх месяцев, которые метеорологи называют внутрисезонной изменчивостью. Именно эти колебания определяют, когда начнутся дожди, будут ли они затяжными или прерывистыми, и насколько обильным окажется урожай.
Чтобы понять природу этих колебаний, учёные рассмотрели ежедневные записи пяти индексов: индийского летнего муссона (ISMI), западного северотихоокеанского муссона (WNPMI), австралийского муссона (AUSMI) и двух индексов Эль-Ниньо (Niño 3 и Niño 4). Из каждого ряда вычли медленные годовые и межгодовые тренды, оставив лишь быстрые внутрисезонные пульсации. Затем вычислили спектр мощности — график, показывающий, сколько энергии приходится на каждую частоту колебаний. Оказалось, что все пять спектров укладываются на кривую, которая в физике называется растянутой экспонентой. Формула проста: энергия убывает как exp[-(f/f₀)^β], где f — частота, а β — показатель, принимающий значения 3/4 или 1/2.
Для индийского муссона показатель β оказался равным 3/4, а характерное время T₀ = 1/f₀ — примерно 32 дня. Это близко к периоду лунного месяца, хотя прямой связи с Луной нет. Для остальных четырёх индексов β = 1/2, но характерные времена различаются: у западного северотихоокеанского муссона T₀ ≈ 171 день, у австралийского — 143 дня, у Niño 3 — 280 дней, у Niño 4 — 196 дней. Такое сходство спектров у WNPMI, AUSMI и индексов ЭНСО говорит о том, что эти системы динамически связаны. Австралийский муссон, судя по всему, является частью расширенной системы Эль-Ниньо, а не самостоятельным игроком.
Практическая польза от такого понимания не заставляет себя ждать. Если муссонная динамика действительно гамильтонова, то её можно диагностировать по спектрам и использовать для проверки климатических моделей. Модель, которая не воспроизводит растянутую экспоненту с нужным β, скорее всего, упускает какую-то важную внутреннюю связь. А для прогнозистов это означает, что статистические прогнозы муссонной активности и Эль-Ниньо на масштабах от недель до месяцев могут стать надёжнее: вместо слепого усреднения они смогут опираться на известную форму хаоса. Муссонный оркестр, как выяснилось, играет по партитуре, которую можно прочитать.
Характерное время для ISMI (32 дня) близко к периоду лунного месяца, хотя прямой связи не предполагается. Для WNPMI характерное время (171 день) почти в полтора раза больше, чем для AUSMI (143 дня), что отражает разную инерцию циркуляционных систем.