Зимнее среднее NAO: белый шум и предсказуемость

Почему это важно для зимней погоды

Жители районов Северной Атлантики знают, что одни зимы бывают бурными и влажными, а другие — спокойными и холодными; паттерн, называемый Североатлантической осцилляцией (NAO), помогает объяснить эти колебания. Поскольку NAO влияет на европейские температуры, осадки и штормы, ученые давно надеялись, что её можно предсказывать за годы вперёд. В этом исследовании поставлен на первый взгляд простой вопрос: содержит ли NAO скрытый ритм, который сделал бы её предсказуемой на декадных масштабах, или же она ведёт себя скорее как случайный шум из одной зимы в другую?

Климатический переключатель над Атлантикой

NAO описывает различие в атмосферном давлении между примерно Исландией и Азорскими островами. Когда этот контраст давления велик (положительная фаза NAO), штормовые треки смещаются к северу, принося в северную Европу тёплые влажные зимы и высушивая регионы на юге. Когда он слабый (отрицательная фаза NAO), картина меняется на противоположную: в северной Европе чаще бывают холодные и более сухие условия, а на юге — влажнее. Поскольку этот единый индекс охватывает значительную часть зимнего климата Северной Атлантики, понимание того, есть ли в нём встроенные циклы, могло бы дать важные подсказки о будущих европейских зимах.

В поисках скрытых ритмов

Ранние исследования предполагали, что NAO может колебаться с предпочитаемыми периодами примерно 2–10 лет, особенно вокруг 7–8 лет. Если такие пики в колебаниях NAO реальны и устойчивы, они действовали бы как сердцебиение, давая синоптикам опору для долгосрочных предсказаний. Авторы пересмотрели эту идею, используя более чем 150 лет наблюдений и большую коллекцию современных климатических модельных симуляций. Они сравнили реальную запись NAO с тысячами чисто случайных временных рядов «белого шума», применив инструменты, анализирующие, как вариативность распределена по временным шкалам (спектры и вейвлеты), и как одна зима связана с другой (авторегрессионные и другие тесты временных рядов).

Когда климат похож на статику

На первый взгляд наблюдаемый NAO и ряд белого шума удивительно трудно отличить, даже после сглаживания данных, чтобы подчеркнуть декадные колебания. Исследователи обнаружили, что часто упоминаемый восьмилетний пик в спектре мощности NAO действительно проявляется в период после 1950 года — но не в более ранние десятилетия и не последовательно в моделях. При рассмотрении всего диапазона временных масштабов число кажущихся «особенными» частот в наблюдениях не превышало того, что можно ожидать чисто случайно для белого шума. Вейвлет‑анализы, которые отслеживают, как мощность на разных периодах меняется со временем, также показали, что пост‑1950‑й восьмилетний признак легко может быть случайным всплеском, а не стабильным циклом.

Что говорят климатические модели

Затем группа обратилась к большой ансамблевой коллекции климатических моделей CMIP6: 215 симуляций от 45 различных моделей, покрывающих исторический период. Если бы существовала реальная декадная структура NAO и модели её воспроизводили, некоторые модели или их ансамблевое среднее должны были бы показать чёткие пики на многолетних временных масштабах. Вместо этого спектры моделей были по сути плоскими — как белый шум — и лишь около 5 процентов модельных прогонов показали статистически необычные особенности, что точно соответствует ожиданию от случайного шанса. Тесты зависимости значения NAO одной зимы от предыдущих зим также не выявили надёжной памяти ни в наблюдениях, ни в моделях. Внутри‑годовая случайность в каждой модели была значительно больше любой систематической разницы между моделями, что указывает на то, что физика моделей вносит мало предсказуемой структуры в NAO на этих временных масштабах.

Ограничения долгосрочных прогнозов NAO

Сводя воедино все линии доказательств, авторы приходят к выводу, что средняя зимняя NAO, в хорошей аппроксимации, представляет собой гауссов белый шум на межгодовых и декадных шкалах. Проще говоря, это означает, что знание NAO за последние несколько зим почти не помогает предсказать её значение через несколько лет; лучший статистический прогноз по сути представляет собой долгосрочное среднее. Хотя могут существовать тонкие физические связи с более медленными компонентами климатической системы или с случайными внешними шоками, такими как извержения вулканов, они оставляют мало следа в самой зимней средней NAO. Пока что это исследование показывает, что надежды на высокоэффективные прогнозы NAO с десятилетним горизонтом — и детальные зимние прогнозы для Европы, которые с ними связаны — вероятно, останутся недостижимыми.

Цитирование: 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

Ключевые слова: Североатлантическая осцилляция, климатическая изменчивость, декадная предсказуемость, белый шум, зимний климат Европы