Średnia zimowa NAO: biały szum i przewidywalność

Dlaczego to ma znaczenie dla pogody zimą

Osoby mieszkające wokół basenu północnego Atlantyku wiedzą, że niektóre zimy są burzowe i wilgotne, podczas gdy inne bywają spokojne i mroźne; wzrosty i spadki tych warunków częściowo wyjaśnia wzorzec zwany Oscylacją Północnoatlantycką (NAO). Ponieważ NAO wpływa na temperatury, opady i sztormy w Europie, naukowcy od dawna mieli nadzieję, że dałoby się ją przewidywać z wyprzedzeniem sięgającym lat. To badanie stawia pozornie proste pytanie: czy NAO zawiera ukrytą rytmikę, która mogłaby uczynić ją przewidywalną na skalach dekadowych, czy raczej zachowuje się jak losowy szum z jednej zimy na drugą?

Przełącznik klimatyczny nad Atlantykiem

NAO opisuje różnicę ciśnień między obszarem wokół Islandii a Wyspami Azorskimi. Gdy ten kontrast jest silny (poztywna faza NAO), tory sztormów przesuwają się na północ, przynosząc łagodne, wilgotne zimy do północnej Europy i bardziej suche warunki na południu. Gdy kontrast jest słaby (negatywna faza NAO), obraz się odwraca: północ często doświadcza zimniejszych, bardziej suchych warunków, podczas gdy południe staje się wilgotniejsze. Ponieważ ten pojedynczy indeks uchwyca tak wiele z zimowego klimatu północnego Atlantyku, zrozumienie, czy posiada on wbudowane cykle, mogłoby dać silne wskazówki dotyczące przyszłych zim w Europie.

Poszukiwanie ukrytych rytmów

Poprzednie prace sugerowały, że NAO może oscylować z preferowanymi okresami rzędu 2–10 lat, a zwłaszcza wokół 7–8 lat. Gdyby takie szczyty w zmienności NAO były rzeczywiste i trwałe, działałyby jak rytm serca, dając prognozom punkt odniesienia na potrzeby długoterminowych przewidywań. Autorzy ponownie przeanalizowali ten pomysł, używając ponad 150 lat obserwacji oraz obszernej kolekcji współczesnych symulacji modeli klimatu. Porównali rzeczywisty zapis NAO z tysiącami czysto losowych szeregów czasowych „białego szumu”, korzystając z narzędzi badających, jak zmienność rozkłada się w różnych skalach czasowych (spektr i analiz falkowych) oraz jak jedna zima odnosi się do następnej (testy autoregresyjne i inne testy szeregów czasowych).

Kiedy klimat przypomina szum

Na pierwszy rzut oka obserwowany NAO i seria białego szumu są zaskakująco trudne do odróżnienia, nawet po wygładzeniu danych w celu uwypuklenia dekadowych fluktuacji. Badacze stwierdzili, że często wspominany wzrost mocy wokół 8 lat pojawia się w okresie po 1950 roku — ale nie we wcześniejszych dekadach i nie jest konsekwentny w modelach. Gdy przyjrzeli się całemu spektrum skal czasowych, liczba pozornie „specjalnych” częstotliwości w obserwacjach nie była większa niż można by oczekiwać wyłącznie z przypadku w białym szumie. Analizy falkowe, które śledzą, jak moc w różnych okresach zmienia się w czasie, również wykazały, że powojenny sygnał 8‑letni mógł być łatwo przypadkowym przebłyskiem, a nie stabilnym cyklem.

Co mówią modele klimatu

Zespół sięgnął następnie po duży zestaw symulacji z CMIP6: 215 przebiegów z 45 różnych modeli obejmujących okres historyczny. Gdyby istniała rzeczywista dekadowa struktura NAO, a modele ją odzwierciedlały, niektóre modele lub ich średnia zespołowa powinny wykazywać wyraźne piki w wieloletnich skalach czasowych. Zamiast tego spektra modeli były w zasadzie płaskie — tak jak biały szum — i tylko około 5 procent przebiegów modelowych wykazało statystycznie nietypowe cechy, dokładnie tyle, ile sugerowałby przypadek. Testy zależności wartości NAO jednej zimy od poprzednich zim także nie wykazały trwałej pamięci ani w obserwacjach, ani w modelach. Wewnętrzna losowość rok do roku w poszczególnych modelach była znacznie większa niż jakakolwiek systematyczna różnica między modelami, co sugeruje, że fizyka modeli dodaje niewiele przewidywalnej struktury NAO na tych skalach czasowych.

Ograniczenia długoterminowych prognoz NAO

Łącząc wszystkie linie dowodowe, autorzy dochodzą do wniosku, że średnia zimowa NAO jest w bardzo dobrym przybliżeniu białym szumem Gaussowskim na skalach międzyrocznych i dekadowych. Mówiąc prościej: znajomość NAO z ostatnich kilku zim daje niemal żadną pomoc w przewidywaniu jej wartości za kilka lat; najlepsza statystyczna prognoza to w zasadzie średnia długoterminowa. Chociaż wciąż mogą istnieć subtelne fizyczne powiązania z wolniejszymi składnikami systemu klimatycznego lub z losowymi zewnętrznymi zakłóceniami, takimi jak erupcje wulkaniczne, pozostawiają one niewielki ślad w samej średniej zimowej NAO. Na razie badanie sugeruje, że nadzieje na wysoko skuteczne prognozy NAO z dziesięcioletnim wyprzedzeniem — i szczegółowe zimowe prognozy dla Europy, które by z nimi przyszły — prawdopodobnie pozostaną poza zasięgiem.

Cytowanie: Christiansen, B., Yang, S. The winter mean NAO: white noise and predictability. npj Clim Atmos Sci 9, 53 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01326-7

Słowa kluczowe: Oscylacja Północnoatlantycka, zmienność klimatu, dekadowa przewidywalność, biały szum, zimowy klimat Europy