Эль-Ниньо и Южное колебание (ЭНСО) остаются одной из главных загадок климатологии: чередование тёплых и холодных фаз в экваториальной части Тихого океана нерегулярно, а его механизм до конца не ясен. Классические исследования сосредоточены на межгодовых аномалиях температуры океана, но недавние работы показали, что Эль-Ниньо синхронизирован с годовым циклом: события стремятся достичь пика зимой и быстро затухают весной. В этом же русле лежат работы о предсказании Эль-Ниньо за полтора года, об оживших старых летописях погоды и о влиянии Солнца на ледниковые периоды: все они ищут скрытые периодичности и связи в климатических данных. Данная статья стоит несколько особняком: она анализирует не аномалии, а сами колебания температуры воздуха в пределах одного года и связывает их с фазами ЭНСО через собственный метод микрокорреляции.
Авторы взяли ежедневные данные реанализа ERA-Interim о температуре воздуха на высоте 2 метра и ветре на высоте 10 метров за период с 1 января 1979 по 31 декабря 2016 года в тропической зоне (30° ю.ш. – 30° с.ш., все долготы), что дало 3600 узлов сетки. Для каждого скользящего окна длиной 365 дней (с шагом в один месяц) строилась корреляционная матрица Пирсона между узлами. Собственное разложение этой матрицы давало собственные значения и собственные векторы, которые интерпретировались как главные моды внутригодовых колебаний температуры. Для количественной оценки связи между регионом Эль-Ниньо 3.4 и северным или южным полушарием авторы ввели «микрокорреляцию»: сумму вкладов положительных или отрицательных компонент собственного вектора, превышающих порог, нормированную на число пар узлов. Этот приём позволил отследить, как меняется сцепление региона с полушариями во времени.
Первое собственное значение λ1 положительно коррелирует с индексом Эль-Ниньо (ONI) с коэффициентом Пирсона 0.65, а второе λ2 отрицательно с коэффициентом −0.62. Между собой λ1 и λ2 антикоррелируют (−0.75). Первая мода демонстрирует ярко выраженный сезонный ход с максимумом в середине февраля и минимумом в середине августа, вторая мода сдвинута по фазе: положительные значения с марта по август, отрицательные с августа по март. Пространственное распределение первой моды делит тропики на два больших кластера: северное полушарие с отрицательными компонентами и южное с положительными, а граница между ними проходит вблизи экватора и сильно меняется со временем. В нормальные фазы регион Эль-Ниньо лежит на этой границе и слабо связан с первой модой. Перед наступлением Эль-Ниньо микрокорреляция между регионом и северным полушарием резко возрастает, а в конце события резко усиливается связь с южным полушарием. Вторая мода, напротив, имеет сильную положительную связь внутри самого региона Эль-Ниньо в холодные и нормальные фазы и слабую в тёплые.
Работа предлагает новый взгляд на механизм ЭНСО: вместо рассмотрения аномалий температуры океана она фокусируется на внутригодовых колебаниях температуры воздуха и их пространственной структуре. В отличие от соседних работ, которые используют климатические сети или предсказательные модели, здесь применён метод собственного разложения с введением микрокорреляции, что позволяет напрямую связать фазы Эль-Ниньо с конкуренцией влияний северного и южного полушарий. Это первая работа, где такая конкуренция количественно прослежена через эволюцию собственных векторов, а не через статистические индексы. Полученные корреляции между собственными значениями и ONI сравнимы по силе с известными предикторами, но дают физически интерпретируемую картину.
Предложенный метод микрокорреляции можно применить к другим климатическим модам, например, к Индийскому океану или Атлантике, где также наблюдается сезонная синхронизация. Расширение временного ряда за счёт более новых реанализов и модельных данных CMIP6 позволит проверить устойчивость найденных связей. Перспективно объединить этот подход с методами климатических сетей, чтобы уточнить пространственные пути влияния. Возможно, микрокорреляция окажется полезной для раннего предупреждения Эль-Ниньо, если её пики действительно опережают события.
Результаты могут быть полезны для улучшения сезонных прогнозов Эль-Ниньо, особенно в части предсказания быстрого затухания событий. Они также дают новый инструмент для анализа взаимодействия тропиков и внетропических широт в климатических моделях.
Проверить, сохраняются ли найденные корреляции на независимых данных, например, на реанализе ERA5 или на модельных ансамблях. Исследовать, как микрокорреляция ведёт себя при разных типах Эль-Ниньо (восточно-тихоокеанском и центрально-тихоокеанском).
Работа затрагивает фундаментальную проблему климатологии: почему Эль-Ниньо нерегулярен и какова роль сезонного цикла в его возникновении и затухании. Она связывает внутригодовые процессы с межгодовой изменчивостью, что остаётся открытым вопросом в понимании сложности ЭНСО.
Первая мода объясняет более 40% всей изменчивости температуры в тропиках, а вторая около 10%, то есть вместе они покрывают половину всех колебаний.