Представьте оркестр, который играет без дирижёра. Каждая группа инструментов вступает в свой момент: сначала духовые задают тему, потом подключаются струнные, а иногда солирует неожиданный ударник. Так и погода над Северной Америкой: атмосфера, океан и суша по очереди берут на себя главную партию, когда речь заходит о предсказании крупномасштабных погодных режимов на срок от недели до двух месяцев.
Погодные режимы — это устойчивые картины атмосферной циркуляции, которые определяют, будет ли зима аномально тёплой или лето засушливым. Их четыре: Тихоокеанская ложбина, Тихоокеанский гребень, Гренландский максимум и Аляскинский гребень. Плюс бывают дни, когда ни один режим не выражен — их назвали «Нет режима». Чтобы понять, кто из «музыкантов» важнее на разных сроках прогноза, учёные обучили сотни моделей машинного обучения, каждая из которых получала на вход только одну переменную: например, температуру поверхности океана или влажность почвы.
Сезон меняет расстановку сил. Зимой и летом предсказуемость выше, чем весной и осенью, потому что атмосфера чаще застревает в одном из режимов. Для Тихоокеанской ложбины осенью и зимой ключевой вклад вносит океан, особенно сигналы Эль-Ниньо — тёплой фазы колебания температуры поверхности Тихого океана. Для Тихоокеанского гребня зимой важны стратосферные ветры и морской лёд. А Гренландский максимум зимой зависит от тропической конвекции и почвенных условий.
Анализ показал, что точные прогнозы связаны с конкретными аномалиями. Например, усиление конвекции над центральной тропической частью Тихого океана предшествует Тихоокеанской ложбине, а аномалии зонального ветра в южной тропической стратосфере — Тихоокеанскому гребню. Это значит, что для улучшения прогнозов нужно не просто добавлять больше данных, а понимать, какой компонент Земной системы важен в конкретной ситуации.
Оркестр без дирижёра играет слаженно, если знать, кто вступает следующим. Так и подсезонный прогноз: атмосфера задаёт тон в первые две недели, потом океан и суша подхватывают мелодию. И если метеорологи научатся слышать каждый инструмент отдельно, предупреждения об аномалиях погоды станут точнее.
Частота режима «Нет режима» меняется от 18% зимой до 44% летом, что делает летние прогнозы особенно трудными: атмосфера чаще находится в переходном состоянии без ярко выраженной крупномасштабной структуры.
В романе Кима Стэнли Робинсона «Сорок знаков дождя» учёные пытаются предсказать резкие изменения погодных режимов из-за остановки Гольфстрима. Данное исследование перекликается с этой идеей: оно показывает, какие медленные компоненты Земной системы могут служить ранними индикаторами смены режимов циркуляции.