Оркестр играет симфонию, а вы слушаете только первую скрипку. Примерно так десятилетиями работали прогнозы речного стока: весь сигнал Эль-Ниньо сводили к одному числу, рассчитанному по маленькому прямоугольнику в Тихом океане. Между тем океан — это огромный ансамбль, где тепло перетекает из одного района в другой, и его полная партитура содержит куда больше информации, чем одна нота.
Авторы нового исследования решили дать нейросети послушать весь оркестр. Они взяли температуру поверхности океана за 56 лет на огромной акватории от Индийского океана до середины Тихого и обучили сверточную нейросеть предсказывать, сколько воды протечет через Амазонку и Конго в ближайшие месяцы. Для сравнения другие модели получали только классический индекс Niño 3.4 — ту самую первую скрипку.
Результат оказался красноречивым. Нейросеть, видевшая все поле температуры, ошиблась меньше, чем ансамбль моделей на одном индексе: для Амазонки ошибка упала с 0.461 до 0.294, для Конго — с 0.711 до 0.476. Но главное даже не точность, а то, куда смотрела сеть. Карты значимости показали: она опиралась не только на каноническую область Эль-Ниньо, но и на Индийский океан, а также на дальние связи между тропическими районами Тихого, Индийского и даже Атлантического океанов.
Однако оркестр звучит по-разному в разных залах. Когда сеть обучали на модельных данных, она находила сильные дальние связи — порой через половину земного шара. А вот в реальных наблюдениях таких телесвязей оказалось заметно меньше. Это согласуется с известным фактом: модели Земной системы склонны к более сильной связанности компонентов, чем наблюдения. Возможно, модели преувеличивают дальние взаимодействия, и это стоит учитывать при прогнозах.
И все же главный урок в том, что океан дирижирует реками не одной палочкой, а всем оркестром. Слушая только первую скрипку, мы упускаем важные гармонии. Нейросеть, обученная на полной партитуре, уже сегодня предсказывает сток лучше, а завтра поможет проверить, насколько реалистично климатические модели воспроизводят эти дальние связи. Возможно, именно так мы научимся понимать, как океан управляет реками в меняющемся климате.
Порог для телесвязи в модельных данных был установлен на расстоянии 19000 км — это почти половина окружности Земли. В реанализах порог пришлось снизить до 15000 км, потому что дальних связей там меньше.