Почему Эль-Ниньо короткий, а Ла-Нинья затяжная? ✛

Оригинал: "Realistic ENSO Dynamics Requires a Damped Nonlinear Recharge Oscillator"
arXiv:2506.11206 · 2025-06-12 · CC BY 4.0 · 1 мин
Учёные построили простую модель океана как маятника с трением и случайными толчками, и она объяснила странности климата.

Тихий океан иногда нагревается сильнее обычного — это Эль-Ниньо. А иногда, наоборот, остывает — это Ла-Нинья. Оба явления влияют на погоду по всему миру, но ведут себя странно: Эль-Ниньо приходит резко и быстро уходит, а Ла-Нинья может тянуться месяцами. Учёные долго не могли понять, почему так.

Эль-Ниньо — это тёплая фаза, когда восточная часть Тихого океана нагревается. Ла-Нинья — холодная фаза, когда там становится холоднее обычного.

Новое исследование описывает океан как маятник. Если маятник хорошо смазан, он качается долго и ровно. Но если трение сильное, каждый толчок быстро затухает, и движение становится рваным. Оказалось, что океан ведёт себя как сильно затухающий маятник: он теряет энергию примерно за 20 месяцев. Раскачивают его случайные порывы ветра, которые усиливаются, когда океан уже тёплый.

Чтобы маятник вёл себя как настоящий океан, нужны два небольших «перекоса». Один делает тёплую фазу короче и сильнее, а холодную — длиннее и слабее. Второй работает как пружина, которая после сильного взмаха медленно возвращает маятник обратно, задерживая его в холодной фазе. Именно этот второй перекос объясняет, почему Ла-Нинья иногда длится два года подряд. Теперь эту простую модель можно использовать для проверки более сложных климатических моделей и улучшения прогнозов погоды.

За последние 50 лет наблюдалось лишь около 10 сильных Эль-Ниньо, тогда как в численных экспериментах этой работы их сгенерировано около 5000 за 30 000 модельных лет.

\frac{dT_E}{dt} = R T_E + F_1 h + b_T T_E^2 - c_T T_E^3 + \sigma_T \xi_T (1 + B H(T_E) T_E)
Скорость изменения температуры определяется линейной обратной связью Бьеркнеса, влиянием теплосодержания, квадратичной и кубической нелинейностями, а также шумом, который усиливается в тёплой фазе.
\frac{dh}{dt} = -\varepsilon h - F_2 T_E - b_h T_E^2 + \sigma_h \xi_h
Теплосодержание релаксирует к равновесию, откликается на температуру и испытывает нелинейное воздействие, которое усиливает разрядку после Эль-Ниньо.
\theta = \frac{1}{2} \arctan\left( \frac{-(\hat{R}+\hat{\varepsilon})}{\hat{F}_1 - \hat{F}_2} \right)
Наклон фазовой траектории температура–теплосодержание определяется знаком суммы коэффициентов обратной связи и затухания, что объясняет различия между выборами переменной теплосодержания.
Учёные
Ludwig BoltzmannHenri PoincaréJohn von NeumannJosiah Willard Gibbs
Понятия
модель осциллятора с подзарядкой энсо южная осцилляция эль-ниньо индекс Эль-Ниньо модель Джина–Тиммермана многомерный индекс ЭНСО ла-нинья весенний барьер предсказуемости южная осцилляция ERSST относительный они буйковые станции TAO/TRITON распространение экваториальных волн объём тёплой воды естественная изменчивость NOAA CPC северное экваториальное противотечение эффект конденсатора Индийского океана теория запаздывающего осциллятора эль-ниньо