Три ритма Эль-Ниньо: модель сложности
Оркестр из трёх дирижёров управляет климатом Тихого океана. Первый дирижёр — внутрисезонные порывы ветра, которые дуют то с запада, то с востока, как случайные удары по струнам. Второй — межгодовая динамика океана, медленно раскачивающая тёплые и холодные волны. Третий — декадный фон циркуляции Уокера, который меняется так же неторопливо, как вкусы публики, решая, какой музыке аплодировать чаще.
Раньше Эль-Ниньо представляли как простые качели: тёплая вода у берегов Южной Америки сменяется холодной, и так каждые несколько лет. Но наблюдения показали, что качели иногда ломаются. Тёплое пятно возникает не у берега, а в центре океана, или событие задерживается на год, или холодная фаза затягивается на три зимы подряд. Учёные назвали это разнообразием, и оно мешало прогнозам: модель, настроенная на один тип событий, проваливалась на другом.
Новая модель собирает все три ритма в одну партитуру. Внутрисезонные порывы ветра действуют как случайные толчки, причём сила толчка зависит от того, насколько уже прогрелась центральная часть океана. Межгодовая динамика описывает, как тепло перетекает между западной, центральной и восточной частями Тихого океана. А декадный фон медленно меняет общую циркуляцию воздуха, делая одни типы событий более вероятными, чем другие.
Модель объяснила и асимметрию: многолетних Ла-Нинья получилось 209, а многолетних Эль-Ниньо только 100. В реальности холодная фаза действительно чаще затягивается на несколько лет, чем тёплая. Причина в том, что восточно-тихоокеанские события в основном запускаются случайными порывами ветра, а центрально-тихоокеанские рождаются из нелинейной динамики океана, которая сама себя ограничивает. Декадный фон при этом действует как медленный переключатель, повышая частоту то одного, то другого типа.
Теперь у климатологов есть инструмент, который не просто предсказывает, а показывает механизм. Модель можно использовать как генератор синтетических данных для обучения нейросетей, как тестовый стенд для оценки влияния глобального потепления на характер Эль-Ниньо и как основу для ансамблевых прогнозов. Оркестр из трёх дирижёров наконец сыгрался, и его партитура помогает расслышать, какой будет следующая музыка Тихого океана.
В симуляции модели за 2000 лет экстремальные Эль-Ниньо случаются в среднем каждые 16 лет, а в наблюдениях с 1950 года — каждые 10–20 лет. Модель воспроизвела даже отложенный экстремальный Эль-Ниньо 2015–2016 годов, когда первый порыв западного ветра запустил событие, но восточный порыв его убил, и лишь следующая серия порывов довела до экстремума.