Сеть, которая слышит Эль-Ниньо за год ✎

Оригинал: "Very early warning signal for El Niño in 2020 with a 4 in 5 likelihood"
arXiv:1910.14642 · 2019-10-31 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Климатическая сеть предсказала возвращение Эль-Ниньо в 2020 году с вероятностью 80%.

Тихий океан похож на огромный оркестр, где каждая точка на карте — это музыкант. Обычно они играют вразнобой: где-то теплеет, где-то холодает, и общая картина похожа на шум. Но раз в несколько лет инструменты вдруг начинают звучать в унисон, и тогда по всему миру случаются засухи, наводнения и жара. Это явление называют Эль-Ниньо, и оно каждый раз застаёт людей врасплох.

Учёные долго не могли предсказать Эль-Ниньо заранее, потому что их модели слепли каждую весну. Тогда в Потсдамском институте климатических исследований придумали следить не за самим океаном, а за воздухом над ним. Они расставили 207 точек по всему Тихому океану и стали измерять, насколько синхронно меняется температура в этих точках. Когда точки начинают вести себя одинаково, это значит, что оркестр настраивается, и скоро грянет буря.

Метод сработал: с 2012 года он правильно предсказал все спокойные годы и все крупные Эль-Ниньо. В сентябре 2019 года система снова услышала настройку и объявила: в 2020 году Эль-Ниньо вернётся.

Такой ранний прогноз даёт людям время подготовиться. Фермеры могут посадить другие культуры, строители — укрепить дамбы, а спасатели — заранее перебросить технику в опасные районы. Пока метод не умеет предсказывать, насколько сильным будет Эль-Ниньо, но учёные уже работают над этим. Если получится, мы сможем слышать приближение бури за год и перестать бояться её внезапного удара.

Средний Эль-Ниньо повышает глобальную температурную аномалию примерно на 0,1°C. Если в конце 2020 года разовьётся сильное событие, 2021 год может стать новым рекордным по температуре, поскольку атмосферный отклик запаздывает на три месяца.

Идея предсказывать глобальные катастрофы по едва заметным признакам перекликается с романом Кима Стэнли Робинсона «Сорок знамений дождя», где учёные пытаются убедить политиков в надвигающемся климатическом сдвиге, опираясь на ранние индикаторы.

C_{ij}^{(t)}(-\tau) = \frac{\langle T_i(t) T_j(t-\tau)\rangle - \langle T_i(t)\rangle \langle T_j(t-\tau)\rangle}{\sqrt{\langle (T_i(t) - \langle T_i(t)\rangle)^2\rangle} \sqrt{\langle (T_j(t-\tau) - \langle T_j(t-\tau)\rangle)^2\rangle}}
Мера статистической связи между температурными рядами с учётом временного сдвига
S_{ij}(t) = \frac{\max_{\tau} |C_{ij}^{(t)}(\tau)| - \text{mean}_{\tau} |C_{ij}^{(t)}(\tau)|}{\text{std}_{\tau} |C_{ij}^{(t)}(\tau)|}
Отношение сигнал/шум для корреляционной функции, отражающее выраженность телесвязи
S(t) = \frac{1}{N} \sum_{i,j} S_{ij}(t)
Интегральный показатель кооперативности атмосферных температур в Тихом океане
Понятия
энсо южная осцилляция эль-ниньо весенний барьер предсказуемости эль-ниньо многомерный индекс ЭНСО модель осциллятора с подзарядкой ла-нинья ERSST южная осцилляция модель Джина–Тиммермана вспышка западных ветров распространение экваториальных волн буйковые станции TAO/TRITON сезонный цикл NOAA CPC естественная изменчивость начало муссона NOAA PMEL TAO прогноз межгодовая изменчивость