Индийский летний муссон кормит пятую часть человечества, но его сезонный прогноз десятилетиями считался почти безнадёжным: потенциальный предел предсказуемости оценивали всего в 45% объяснённой изменчивости. Авторы показали, что так называемый «климатический шум» — субсезонные колебания с периодами 3–7 дней — на самом деле частично предсказуем, поскольку связан с медленными модами вроде Эль-Ниньо. Улучшив физику модели CFSv2 (микрофизику облаков и схему снега) и проведя ретроспективные прогнозы на 1920 модельных лет, они добились корреляции 0,71, а максимальная достижимая корреляция по новой оценке предела предсказуемости составила 0,82. Это значит, что около 70% межгодовой изменчивости муссона можно предсказать уже сегодня, а в перспективе — до 80%.

Представьте осьминога, который держит щупальца на статистике муссонных бурь. Раньше казалось, что эти щупальца — просто хаотичный шум: быстрые колебания осадков с периодом в несколько дней, которые невозможно предсказать на сезон вперёд. Но авторы работы обнаружили, что часть этого «шума» на самом деле управляется медленным сигналом — температурой поверхности океана в тропической части Тихого океана, известной как Эль-Ниньо.

Это значит, что быстрые возмущения не случайны: они связаны с медленными климатическими модами, и потому их можно предсказывать.

Чтобы проверить эту идею, учёные взяли глобальную модель атмосферы и океана CFSv2 и создали четыре её версии: стандартную, с улучшенной физикой снега, с улучшенной микрофизикой облаков и с обеими доработками. Для каждой версии они провели ретроспективные прогнозы на 30 лет (1981–2010) с 16 членами ансамбля, что в сумме дало 1920 модельных лет. Затем они оценили предел предсказуемости тремя способами: корреляцией «совершенной модели» (когда один член ансамбля сравнивают с остальными), дисперсионным анализом и новым методом, основанным на переборе всех возможных подмножеств ансамбля для нахождения максимальной корреляции с наблюдениями.

Результат оказался неожиданным. Лучшая версия модели (с улучшенной микрофизикой облаков) дала корреляцию 0,71 между прогнозом и наблюдениями — выше прежнего предела предсказуемости 0,65. А новый метод оценки предела, основанный на переборе подмножеств ансамбля, показал максимальную достижимую корреляцию 0,82. Это означает, что модель способна объяснить около 70% межгодовой изменчивости осадков индийского муссона, тогда как прежние оценки говорили о 45%.

Иными словами, «быстрый шум» на деле управляется медленным сигналом Эль-Ниньо.

Раньше считалось, что индийский летний муссон предсказуем лишь на 45% из-за хаотической субсезонной изменчивости, и этот предел непреодолим. Теперь показано, что часть этой изменчивости (особенно 3–5-дневные возмущения) связана с Эль-Ниньо и потому предсказуема. Фактический предел предсказуемости поднят до корреляции 0,82, а модель уже даёт 0,71. Это удалось благодаря тому, что учёные связали статистику быстрых колебаний осадков с медленными модами климата и улучшили физику модели, после чего перебрали все возможные комбинации ансамбля, чтобы найти максимальную достижимую корреляцию.

Уже сегодня улучшенная модель может давать более надёжные сезонные прогнозы муссона для сельского хозяйства и управления водными ресурсами в Индии. Если улучшить воспроизведение вклада субсезонных аномалий (особенно 10–20-дневных колебаний) в сезонную аномалию, предел предсказуемости может подняться до 0,9, что соответствует примерно 80% объяснённой дисперсии. Для этого нужно продолжать совершенствовать физику облаков и взаимодействие океана с атмосферой. Также важно исследовать, будет ли расти минимальная предсказуемость при увеличении размера ансамбля за пределы 16 членов.

Так осьминог предсказуемых климатических мод, который раньше казался неуловимым, теперь обретает форму. Его щупальца — это не просто хаотичные движения, а отклики на медленные изменения океана. И чем лучше мы понимаем эти связи, тем надёжнее можем предсказать, когда придёт дождь, который кормит миллиарды людей.