Каждую зиму тропический Тихий океан словно вспоминает один и тот же сценарий: температура поверхности у берегов Перу поднимается, пассаты ослабевают, и по планете расходится волна засух и наводнений. Это Эль-Ниньо, и его пик почти всегда приходится на декабрь. Почему именно зима? Энергии для нагрева воды хватает и летом, но океан будто ждёт разрешения, которое приходит только к концу года.

Климатологи давно подозревали, что дело не только в количестве тепла. Представьте, что вы пытаетесь наполнить ванну, но кран то открывается, то закрывается по сезонному расписанию. Если вода прибывает быстрее, чем успевает уходить, уровень растёт. Но чтобы понять, когда ванна переполнится, нужно знать не только поток из крана, но и то, насколько необратимо вода уходит в слив. В новой работе учёные применили к Эль-Ниньо именно такой взгляд: они посчитали, насколько необратимы переходы температуры океана в разные сезоны.

Для этого они взяли упрощённую модель Эль-Ниньо, так называемый recharge-осциллятор. В нём температура поверхности океана связана с запасом тепла в глубине, как поплавок на пружине. Пружина то сжимается, то разжимается, а случайные порывы ветра добавляют шум. Оказалось, что необратимость переходов, то есть то, насколько сильно система «забывает» своё прошлое, меняется в течение года. В сентябре и феврале она максимальна, а в ноябре — минимальна.

Этот результат перекликается с известным принципом: если процесс необратим, он производит энтропию, а производство энтропии ограничивает, насколько сильно могут флуктуировать наблюдаемые величины. Авторы вывели для температуры океана точное неравенство, связывающее скорость изменения её дисперсии с производством энтропии. Оказалось, что в ноябре производство энтропии минимально, и поэтому дисперсия может расти быстрее всего. Так энтропийный зажим объясняет, почему Эль-Ниньо привязан к зиме.

Теперь, когда у нас есть энтропийная мера фазовой привязки, её можно использовать как диагностический инструмент для климатических моделей. Если модель неправильно воспроизводит сезонность Эль-Ниньо, возможно, она недооценивает необратимость переходов в тропическом океане. И это уже не просто энергетический баланс, а более тонкое свойство климатической системы: её способность «забывать» прошлое в нужное время года.