Климатологи давно спорят, чем было вызвано потепление начала XX века: естественной изменчивостью или внешними воздействиями. Одни модели указывают на солнечную активность и снижение вулканической пыли, другие на парниковые газы и океанические течения. Работа стоит на отшибе: рядом в архиве лежат исследования погоды на одинокой планете, предсказания Эль-Ниньо и память антарктического льда, но прямых соседей по теме почти нет. Это измерение, а не мнение: ближайший сосед на расстоянии 0.514, а вплотную работ нет. Тем не менее, тематическая группа карты указывает на связь с гравитационными волнами и барионными акустическими осцилляциями, что подчёркивает междисциплинарный характер климатических данных.
Авторы взяли данные по аномалиям температуры суши из NOAA и NASA GISTEMP за 1880–2017 годы. Они разделили земной шар на шесть континентов, семь широтных зон (без Антарктиды) и восемь сезонов. Для каждого набора данных применили метод главных компонент, чтобы выделить основные моды изменчивости. Затем с помощью теста обратных расположений проверили, когда тренд потепления становится статистически значимым. Дополнительно построили кумулятивные профили аномалий и нашли точки наибольших изменений, минимизируя сумму дисперсий по обе стороны от точки.
Первая главная компонента для континентов объясняет 75.2% дисперсии, для зон — 81.7%, для сезонов — 87.6%. Она показывает общий ход: рост до 1940-х, спад до конца 1950-х, плато до середины 1970-х и резкий подъём после. Вторая компонента континентов связана с Североатлантическим колебанием и описывает короткопериодные различия между Северной Америкой и Евразией. Третья компонента, включающая потепление начала XX века, имеет квазипериод 60–70 лет и коррелирует с Атлантической мультидекадной осцилляцией (коэффициент 0.411). Для зон вторая компонента также коррелирует с АМО (0.380), а третья — с индексом Южного колебания (0.479). Для сезонов вторая компонента коррелирует с АМО (0.557), а третья — с зимним индексом Ниньо 3.4 (0.358). Тест обратных расположений показал: потепление начала XX века значимо во всех континентах, кроме Океании, и во всех сезонах северного полушария, но ни в одном сезоне южного. В Южной Америке значимое потепление продолжается с 1930-х годов без перерыва, а в Северной Америке и Европе современное потепление стало значимым только около 1990 года.
Работа отличается от соседей по архиву тем, что применяет тест обратных расположений к температурным рядам впервые и сочетает его с анализом главных компонент и кумулятивных профилей. Это позволяет увидеть, что потепление начала XX века было не однородным, а регионально и сезонно избирательным. Соседние работы, например, про погоду на одинокой планете или предсказание Эль-Ниньо, касаются других аспектов климата, но не дают такого детального разложения по континентам и сезонам. Здесь же показано, что разные регионы имеют разные точки перехода к значимому потеплению, что важно для атрибуции климатических изменений.
Тема может развиваться в сторону более детального анализа причин региональных различий. Например, можно применить те же методы к данным климатических моделей, чтобы проверить, воспроизводят ли они наблюдаемые паттерны. Также перспективно изучить связь выделенных компонент с другими индексами, такими как Тихоокеанская декадная осцилляция или Североатлантическое колебание на более длительных интервалах.
Результаты могут повлиять на климатологию, метеорологию и океанографию, поскольку уточняют пространственно-временную структуру потепления XX века.
Следующим шагом может быть проверка, насколько климатические модели воспроизводят выявленные различия между континентами и сезонами.
Работа напрямую связана с нерешённой проблемой атрибуции потепления начала XX века: до сих пор неясно, какова роль естественной изменчивости и внешних воздействий. Выделение региональных и сезонных паттернов даёт новые ограничения для моделей. Кроме того, связь с Атлантической мультидекадной осцилляцией поднимает вопрос о предсказуемости климатических колебаний на десятилетних масштабах.
Потепление начала XX века в северном полушарии было настолько выраженным, что в 1930-х годах в Арктике наблюдалось значительное сокращение морского льда, сравнимое с современным.