Почему климат качается без скрипа ✛

Оригинал: "Statistics of stochastic entropy for recorded transitions between ENSO states"

arXiv:2507.10516 · 2025-07-14 · CC BY 4.0 · 1 мин

Статистическая механика Физика атмосферы и океана Анализ данных, статистика и вероятность

Тёплые и холодные фазы Тихого океана сменяют друг друга обычным образом, а не как редкие катастрофы.

Качели качаются туда-сюда. Иногда сильно, иногда еле заметно. Тихий океан тоже качается: тёплая вода у берегов Перу сменяется холодной, и это меняет погоду на половине планеты. Тёплую фазу называют Эль-Ниньо, холодную — Ла-Нинья. Вместе они — ЭНСО, климатические качели.

Учёные следят за качелями по одному числу: разнице давления воздуха между островом Таити и городом Дарвин в Австралии. Это число записывают каждый день. Автор новой работы взял все записи с 1991 по 2023 год и спросил: насколько необычны сами переходы от одной фазы к другой? Для этого он сравнил вероятность прямого пути и вероятность обратного. Если прямой путь гораздо вероятнее, значит, переход был резким и необычным.

Оказалось, что из 11 переходов только один был близок к необычному: от сильной Ла-Ниньи 1999–2000 годов к умеренному Эль-Ниньо 2002–2003 годов. Все остальные — как обычное покачивание качелей.

Раньше было непонятно, можно ли вообще так измерять климатические переходы. Теперь ясно: можно, и почти все они обычны. Это значит, что климатические качели качаются без скрипа. А если какой-то переход окажется слишком резким, это будет сигналом, что в системе что-то меняется.

Весь граф →

Эль-Ниньо буквально переводится с испанского как «мальчик», а Ла-Нинья как «девочка». Названия возникли из-за того, что тёплое течение у берегов Перу часто появлялось около Рождества, ассоциируясь с младенцем Христом.

\Delta S(\vec{s}) = -\ln\frac{p(s_{t_f}; \{s_{t_i},\ldots,s_{t_{f-1}}\})}{p(s_{t_i}; \{s_{t_{i+1}},\ldots,s_{t_f}\})}

Логарифм отношения вероятностей прямой и обратной траекторий индекса SOI

p_t^*(s) = \frac{1}{Z_t^*}\exp\left[\frac{a\beta+2b\alpha^2}{\alpha^2\sqrt{4\alpha^2\gamma^2-\beta^2}}\arctan\left(\frac{\beta+2\alpha^2(s-\Phi(t))}{\sqrt{4\alpha^2\gamma^2-\beta^2}}\right)\right]\left(\gamma^2+\beta(s-\Phi(t))+\alpha^2(s-\Phi(t))^2\right)^{-(1+\frac{a}{2\alpha^2})}

Распределение вероятности значений SOI при заданном фоновом протоколе

ds = D_1(s,t)\,dt + \sqrt{2D_2(s,t)}\,dW_t

Динамика SOI с дрейфом и мультипликативным шумом

Учёные

Ludwig Boltzmann Rudolf Clausius Jacob Bekenstein Stephen Hawking James Clerk Maxwell Edward Witten

Понятия

энсо индекс Эль-Ниньо южная осцилляция эль-ниньо многомерный индекс ЭНСО ERSST весенний барьер предсказуемости южная осцилляция ла-нинья модель Джина–Тиммермана модель осциллятора с подзарядкой NOAA CPC межгодовая изменчивость буйковые станции TAO/TRITON естественная изменчивость объём тёплой воды относительный они стохастическая динамическая система сезонный цикл смешанные моды колебаний вспышка западных ветров

Я автор

Почему климат качается без скрипа ✛