Почва дышит: как учёные услышали её ритмы ✎

Оригинал: "Nonlinear Complex PCA for spatio-temporal analysis of global soil moisture"
arXiv:2012.04996 · 2020-12-09 · CC BY-NC-ND 4.0 · собственный разбор · 1 мин
Спутник записал, как меняется влажность почвы по всей Земле, и новый метод разделил эти изменения на простые ритмы.

Почва дышит. После дождя она вбирает воду, а потом медленно отдаёт её в воздух. Этот процесс идёт по всей планете, но в каждом месте по-своему. Спутник SMOS восемь лет измерял влажность почвы с высоты 750 километров, записывая, как она меняется каждые три дня. Получилась огромная запись, похожая на звук дыхания, но слишком сложная, чтобы сразу понять, какие в ней ритмы.

Влажность почвы — это количество воды в верхнем слое земли, обычно в первых нескольких сантиметрах. От неё зависят рост растений, засухи и наводнения.

Учёные придумали метод, который работает как врач, прослушивающий лёгкие. Раньше они слышали только один громкий звук: годовой цикл, когда влажность растёт весной и падает осенью. Но в этом звуке были и другие, более тихие ритмы. Новый метод разделяет их, как будто раскладывает музыку на отдельные ноты. Он нашёл четыре главных ритма. Первый — годовой, самый сильный. Второй и четвёртый — полгода и четыре месяца, они связаны с тем, как дожди переходят из тропиков в умеренные широты. А третий ритм — медленный, с периодом около 4.5 лет, и он не зависит от времён года.

Этот медленный ритм оказался связан с Эль-Ниньо — так называют потепление воды в Тихом океане, которое меняет погоду по всему миру. Связь очень сильная: когда Эль-Ниньо усиливается, влажность почвы растёт в Восточной Европе и на юге США, а падает в Австралии и на севере Южной Америки. Теперь, глядя на данные спутника, можно заранее понять, где будет засуха, а где — наводнение. Почва дышит, и мы научились различать её вдохи и выдохи.

Период наблюдений включает событие Эль-Ниньо 2015–2016 годов, которое получило прозвище «Годзилла» из-за своей силы.

Понятия
влажность почвы сезонный цикл климат климатическая модель энсо NOAA CPC весенний барьер предсказуемости нелинейный спектральный анализ Лапласиана модель Джина–Тиммермана Ниньо 4 южная осцилляция эль-ниньо сезонный форсинг межгодовая изменчивость gpcp естественная изменчивость тихоокеанская декадная осцилляция буйковые станции TAO/TRITON химия атмосферы осадки муссон