Фізики виявили в земної погоди "ефект метелика"

Учені вивчили взаємозв'язок процесу Ель-Ніньо (нагрівання води в Тихому океані) із фронтом дощів над Індійським і Тихим океанами.

Група фізиків показала, що атмосферні процеси, що відбуваються у різних частинах земної кулі, синхронізовані між собою. Учені зробили такий висновок за підсумками експерименту, що моделював різні кліматичні явища. Ця робота, опублікована  в журналі Physical Review Letters, стала першим експериментальним підтвердженням "ефекту метелика" для земної погоди.

Предметом інтересу вчених був взаємозв'язок між такими процесами, як, наприклад, Ель-Ніньо (явище, що характеризується підвищенням температури поверхневих шарів води в центральній частині Тихого океану мінімум на півградуса за Цельсієм) і осциляцією Маддена-Джуліана (фронт дощів над Індійським і Тихим океанами). Існування такого взаємозв'язку постулювалося досить давно, однак на практиці підтверджено не було.

Автори нової роботи вирішили змоделювати глобальні процеси, що відбуваються в атмосфері й в океані. Для цього вони використовували обертову ємність, заповнену сумішшю води й гліцерину. Усередині ємності розташовувався ще один циліндр, а рідина наливалася в простір між ним і зовнішньою стінкою. Під час експериментів зовнішній циліндр нагрівався, а внутрішній - охолоджувався, імітуючи температурний вплив тропіків одного з полюсів.

Така система дає можливість задовільно моделювати процеси, що відбуваються в одній півкулі. Для того щоб вивчити кліматичні зміни в масштабі всієї земної кулі, учені вдосконалили описану вище систему. Вони взяли дві ємності, температура усередині яких підтримувалася за допомогою шлангів з водою, що обвиває циліндри. Учені з'єднали "вихід" шланга, обгорненого навколо теплого циліндра однієї з ємностей, з "входом" шланга, що обвивав теплий циліндр другої ємності. Таким чином, температурні зміни в першій ємності могли впливати на температуру другої. У масштабах планети шланги мали представляти тропічні вітри, що дмуть у бік екватора. Створена дослідниками система могла передавати температурні коливання в 0,05 градуса й навіть менше.

Учені контролювали рух рідини в першій ємності, змінюючи параметри її обертання. Вони домоглися того, щоб потоки усередині рідини мали спочатку періодичний, а потім хаотичний характер. В обох випадках рухи усередині рідини в другій ємності дуже швидко починали набувати того ж характеру, що й у першій. Проаналізувавши отримані результати, учені склали на їх основі математичну модель, що показала, що синхронізація двох ємностей має складний характер, однак простежується дуже чітко.

Таким чином, дослідникам удалося показати, що для атмосферних процесів характерний "ефект метелика" - властивість хаотичних систем, що полягає в тім, що незначний вплив на систему може мати виражені й непередбачені ефекти в іншому місці й в інший час. Зараз автори перевіряють свою модель на реальних кліматичних даних і, з їх слів, їм уже вдалося виявити деяку синхронізацію.