Прогноз Эль-Ниньо на год: надёжнее после Ла-Ниньи

Подробно

Что именно выяснили исследователи?

Авторы изучили более 7500 ретроспективных прогнозов Эль-Ниньо - Южного колебания (ENSO), которые девять динамических климатических моделей из девяти стран рассчитали примерно за период с 1961 года до 2020-2021 годов. В анализ вошли модели CanESM5, CESM1-1-CAM5-CMIP5, CMCC-CM2-SR5, EC-Earth3, HadGEM3-GC31-MM, IPSL-CM6A-LR, MIROC6, MPI-ESM1-2-HR и NorCPM1.

Исследователи сравнивали переходы между тремя состояниями - Ла-Нинья, нейтральная фаза и Эль-Ниньо - в прогнозах моделей с тем, что наблюдалось в океане год спустя. Главный вывод: различия в успешности прогнозов в зависимости от начальной фазы ENSO заметно больше, чем различия между самими моделями.

Мы давно знали, что начальные условия влияют на работу моделей, но наше исследование показывает, насколько резкими могут быть различия в качестве прогнозов.

Так говорится в заявлении ведущего автора Нандини Рамеш, старшего научного сотрудника CSIRO и приглашённого исследователя UNSW Sydney.

Насколько точны годовые прогнозы после Ла-Ниньи и из нейтральной фазы?

Лучше всего работали прогнозы, начатые во время Ла-Ниньи. В трёх моделях более 70% прогнозов перехода от Ла-Ниньи к Эль-Ниньо за год оказались правильными. Для американской модели CESM нидерландское издание Scientias, пересказывая статью, приводит долю 82%.

Прогнозы, начатые при нейтральном состоянии, были существенно слабее. По пересказу Scientias, отдельные модели правильно определяли следующую фазу лишь в 23-43% случаев, тогда как простой ориентир по историческим переходам давал 61%.

На горизонте двух лет устойчивым оказался более узкий результат: по тому же пересказу, после Эль-Ниньо все девять моделей в 70-80% случаев правильно предсказывали отсутствие нового Эль-Ниньо в последующие два года.

Исследование даёт дополнительную ценную информацию для прогнозирования Эль-Ниньо и Ла-Ниньи задолго до события; успешность годовых прогнозов после Ла-Ниньи во всех девяти моделях указывает на повышенную предсказуемость системы в таком состоянии.

Так говорится в заявлении Мэнди Фройнд, соавтора и исследователя Мельбурнского университета и ARC Centre of Excellence for the Weather of the 21st Century.

Как проверялись прогнозы?

Согласно опубликованному коду, анализировалась аномалия температуры поверхности моря в регионе Niño 3.4 (5° ю. ш.-5° с. ш., 170°-120° з. д.). Использовалось пятимесячное скользящее среднее, а модельные категории разделялись по терцилям распределения. Для проверки наблюдавшихся категорий применялся набор данных ERSST.

Открытый репозиторий на Zenodo содержит код расчёта матриц переходов и показателей качества: precision, sensitivity, Brier score, ranked probability score и коэффициента корреляции Мэтьюса. Там же есть код для одно- и многолетних прогнозов.

Можно ли теперь предсказывать Эль-Ниньо за год в любом случае?

Нет. Результат условный и зависит от начальной фазы и типа перехода. Порог более 70% получен только в трёх моделях и только для перехода от Ла-Ниньи к Эль-Ниньо.

Авторы предлагают использовать текущую фазу ENSO как дополнительный индикатор доверия к долгосрочному прогнозу, а не как самостоятельный способ предсказывать каждое событие. Проверка выполнена на ретроспективных прогнозах неоперативных моделей, а прогнозные центры используют другой набор моделей. Поэтому в реальном режиме результат ещё не подтверждён.

До применения результатов к моделям, которыми на практике пользуются прогнозные агентства, остаётся ещё несколько шагов.

Так говорится в заявлении Нандини Рамеш, ведущего автора и старшего научного сотрудника CSIRO. По оценке ведущего автора, данные позволяют определить, какие прогнозы заслуживают большего доверия, и потенциально предупреждать население об Эль-Ниньо значительно раньше.

Почему после Ла-Ниньи прогнозировать проще?

Точное физическое объяснение не установлено. Среди гипотез - сохранение холодной восточной части Тихого океана весной, меньший атмосферный шум и накопление океаном тёплой воды. Пресс-релиз также предполагает, что статистические методы и машинное обучение могут помочь при нейтральной начальной фазе. Однако работа проверяла только динамические модели и готового ML-решения не демонстрирует.

Чем это отличается от прежних работ и кому пригодится?

Прогнозы дальше обычного сезонного горизонта уже делали другими методами. В 2019 году в Nature вышла работа Ham, Kim и Luo: модель глубокого обучения давала полезные прогнозы ENSO с заблаговременностью до полутора лет. В 2024 году был представлен физически интерпретируемый расширенный нелинейный осциллятор подзарядки, прогнозировавший ENSO на 16-18 месяцев. Тогда же Мэнди Фройнд и соавторы показали, что начальная фаза влияет на вероятность последующего перехода между состояниями ENSO.

Давиде Фаранда, директор по исследованиям французского Национального центра научных исследований (CNRS), не участвовавший в работе, отмечает, что более ранние предупреждения полезны прежде всего для управления водными ресурсами. Среди примеров - запасание и распределение воды, эксплуатация водохранилищ и подземных вод, изменение сельскохозяйственных календарей, подготовка к засухам или наводнениям. Это оценка практической пользы ранних прогнозов, а не независимая проверка статистики статьи.