Южная Америка наращивает солнечную генерацию быстрее, чем успевает проверять прогнозы. Бразилия за один год увеличила установленную мощность фотоэлектрики на 1351,5%, а Чили обязала поставщиков к 2025 году получать 20% энергии из возобновляемых источников. При этом регион лежит под качелями Эль-Ниньо и Ла-Ниньи, которые каждые 3–7 лет перекраивают облачность, осадки и ветер. Соседние работы в архиве уже показали, что солнечные циклы и космическая погода влияют на земные процессы, а анализ солнечной короны помогает прогнозировать вспышки. Данная статья стоит на отшибе: она рассматривает не само Солнце, а то, как тихоокеанские колебания модулируют приходящую радиацию на континентальном масштабе.
Авторы собрали данные о накопленной за 3 часа солнечной радиации с 31 метеостанции: 25 в бразильском солнечном поясе и 6 в Чили. Выбрали три полных года: Ла-Нинья (июнь 2010 – июнь 2011), нейтральный (июнь 2013 – июнь 2014) и Эль-Ниньо (июнь 2015 – июнь 2016). Для каждого ряда применили метод анализа флуктуаций с исключением тренда (DFA): сигнал интегрируют, разбивают на окна разного размера, вычитают локальный полиномиальный тренд и считают среднеквадратичное отклонение. По наклону зависимости флуктуаций от размера окна получают показатель самоподобия α. Дополнительно по второй производной кривой нашли точки кроссовера: около 27 часов и около 10 дней, что разделило анализ на три масштабных диапазона.
Нейтральный период в Бразилии почти везде дал персистентный сигнал (α > 0,5) на масштабах более 10 дней. Эль-Ниньо статистически значимо увеличил α по сравнению с нейтральным и Ла-Ниньей, особенно в северной части страны. В Чили все города на масштабах от 27 часов до 10 дней показали антиперсистентность, а на больших масштабах во время Ла-Ниньи два южных города перешли из субдиффузионного режима в персистентный. Город Коксим в Бразилии продемонстрировал самый большой разброс: от антиперсистентности при Эль-Ниньо до субдиффузии при Ла-Нинье и персистентности в нейтральный год. Корумба, напротив, оказался самым стабильным: разброс α не превысил 0,05 во все периоды.
Работа впервые показывает, что фазы ЭНСО меняют не только средние значения радиации, но и сам характер её временной изменчивости на большой территории Южной Америки. Это отличает её от соседних исследований, которые фокусировались на солнечных циклах или локальных эффектах. Субдиффузионный режим, обнаруженный в некоторых городах, указывает на переходное состояние атмосферы, когда прогнозы на основе типичного метеорологического года могут систематически ошибаться. Для энергетиков это значит: измерения, собранные в год Эль-Ниньо или Ла-Ниньи, нельзя без поправок переносить на десятилетний срок службы станции.
Дальше стоит проверить перекрёстные корреляции между солнечной радиацией, температурой, влажностью и ветром в те же периоды. Это поможет понять, какие атмосферные механизмы переносят сигнал ЭНСО на радиационный режим. Также можно построить модели, которые корректируют сертифицированные оценки выработки с учётом фазы ЭНСО. Ещё одно направление — анализ более длинных рядов, чтобы отделить влияние глобального потепления от естественных колебаний.
Результаты напрямую касаются проектирования и финансирования солнечных электростанций в Бразилии и Чили. Они также полезны для климатологов, изучающих региональные отклики на ЭНСО.
Провести кросс-корреляционный анализ радиации с температурой, влажностью и ветром для каждой станции. Разработать поправочные коэффициенты для типичного метеорологического года в зависимости от фазы ЭНСО.
Статья затрагивает фундаментальную проблему предсказуемости атмосферных процессов: насколько долговременная память в рядах радиации сохраняется при внешних климатических воздействиях. Это перекликается с открытым вопросом о границе между погодой и макропогодой, где переход около 10 дней до сих пор объясняется лишь эмпирически.
Город Коксим в Бразилии за три года трижды сменил режим: антиперсистентный при Эль-Ниньо, субдиффузионный при Ла-Нинье и персистентный в нейтральный период. Такая изменчивость сравнима с тем, как если бы один и тот же человек в разные годы то предсказуемо повторял свои привычки, то вёл себя хаотично.