Сара Драй - Воды мира. Как были разгаданы тайны океанов, атмосферы, ледников и климата нашей планеты

Но у коэффициента корреляции Пирсона имелся серьезный недостаток: он был слишком хорош в поиске зависимостей в погодных данных. Даже при сравнении двух совершенно случайных их наборов всегда оставалась вероятность того, что между ними обнаружится какая-то связь. Что уж говорить о сравнении реальных данных, например таких, как атмосферное давление в разных частях планеты. Инструмент Пирсона не мог отличить реальные корреляции, то есть указывающие на лежащие в их основе физические связи, от случайных, зависевших исключительно от количества сравниваемых показателей. При сравнении десятков и даже сотен групп данных, что требовалось Уокеру, вероятность выявления ложных корреляций была слишком высока. Поэтому Уокер усовершенствовал этот инструмент, дополнив его возможностью оценивать, насколько значима обнаруженная корреляция, и таким образом отсеивать лишнее.

Применение его критерия достоверности к коэффициенту корреляции Пирсона позволяло получить количественный показатель вероятности того, что взаимозависимость между двумя наборами чисел не была случайной. Отныне, вместо того чтобы разглядывать бесконечные кривые, Уокер мог численно ранжировать выявленные зависимости и определять, какие из них были статистически значимы, то есть отражали нечто происходящее в реальном мире, а какие, скорее всего, случайны. При сортировке огромных массивов данных его методика оказалась значительно более точна и эффективна, чем методики предшественников. Как охарактеризовал ее еще один знаменитый метеоролог, Нейпир Шоу, она «подобно прожектору обследовала метеорологический горизонт с некой выбранной точки, высвечивая своим лучом основные характеристики и особенности невидимого иначе ландшафта, в данном случае – всего земного шара» [149] Napier Shaw, Manual of Meteorology (Cambridge: Cambridge University Press, 1926–1931), 333. .

Исследования Уокера действительно охватывали весь земной шар. И это было в равной степени как следствием его метеорологического невежества, так и осознанным решением. Не имея четкого понимания, куда именно направить луч своего прожектора, он светил им повсюду. Он находил множество корреляций, и каждая из них, как выразился Нейпир Шоу, была подобна «очень чувствительному растению, которое куда легче погубить, чем вырастить, и которое страдает от любых случайных ошибок, каковы бы те ни были» [150] Shaw, Manual of Meteorology , 333. . В этом и была суть. Если Уокер хотел найти реальные зависимости в огромном море данных, ему приходилось быть беспощадным. Выжить должны были только самые сильные, самые статистически устойчивые корреляции. И тогда, опираясь на физические теории циркуляции воздуха, ветра и дождя, ученые могли бы объяснить то, что обнаружил Уокер.

Результатом стало открытие того, что можно назвать мировой погодой. Глобальный погодный ландшафт состоял из обширных чередующихся областей высокого и низкого давления, которые охватывали весь земной шар и менялись в зависимости от времени года. Теории так называемой общей циркуляции атмосферы, восходившие к теории Хэдли о пассатах, разработанной в XVIII в., существовали и раньше. В 1880-х и 1890-х гг. целая серия исследований, основанных на данных, передававшихся по телеграфу (как и в исследовании Уокера), обнаружила первые признаки существования таких осцилляторных процессов в областях с характерно высоким и низким давлением. В этих исследованиях, авторами которых во многих случаях были физики, методы и подходы охотников за цикличностью сочетались с подходом ученых, привыкших искать физические связи между явлениями. Созданные ими карты давления и температуры демонстрировали загадочную, удивительную связь между отдаленными участками земной атмосферы. На ранних этапах для описания обратной зависимости между давлением в разных частях земного шара, которую обнаружили многие из этих исследований, использовался термин «осцилляция». Леон Тейсерен де Бор, вдохновитель изучения облаков, показал, что существует связь между давлением в Европе и определенными «центрами действия атмосферы», находящимися в Исландии, на Азорских островах и в Сибири. Генри Бланфорд проделал аналогичную работу для Южного полушария, показав взаимосвязь давления в Индии, Сибири и на Маврикии. Швед Г. Гильдебрандсон продвинулся еще дальше: в серии из пяти публикаций он представил данные о среднемесячном давлении в 68 местах по всему земному шару за последние 10 лет. Опираясь на них, он предположил существование «тесных взаимоотношений» между всеми центрами действия атмосферы на планете [151] H. H. Hildebrandsson, «Quelques recherches sur les centres d'action de l'atmosphère,» Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar 29 (1897); Teisserenc de Bort, «Etude sur les causes qui determinant la circulation de l'atmosphère»; H. F. Blanford, «On the Barometric See-Saw between Russia and India in the SunSpot Cycle,» Nature 25 (1880): 447–482. . Наконец, Международный облачный атлас, составленный Гильдебрандсоном и де Бором в 1896 г., наглядно продемонстрировал, что метеорологам пора оставить в прошлом «политику церковных шпилей» (так Юлиус фон Ханн называл наблюдения, ограниченные видом с церковной колокольни) и переходить к амбициозным глобальным исследовательским проектам [152] H. H. Hildebrandsson and Teisserenc de Bort, Atlas International des nuages: pub conformenent aux decisions du Comite meteorologique international (Paris: Gauthier-Villars, 1896). . Облака, как известно, не знают границ, поэтому любой проект по их изучению должен был охватывать весь земной шар.

Итак, Уокер пришел в метеорологию именно в тот момент, когда та, проделав путь от многовекового традиционного интереса к изучению штормов до недавних попыток анализа данных в масштабах полушарий, была готова предложить ему – и «лучу его прожектора» – весь мир. Как и Бланфорд, Тейсерен де Бор и Гильдебрандсон, Уокер обнаружил в получаемых со всего мира данных о давлении свидетельства осцилляций. Но если представители старой гвардии были ограничены визуальными методами и могли сделать лишь весьма туманные предположения о природе и силе этих связей, то Уокеру коэффициенты корреляции позволяли ранжировать их и исключить менее значимые. Он обнаружил в общей сложности 400 значимых корреляций – тех взаимозависимостей, на которые стоило обратить внимание [153] Gilbert Walker, «World Weather,» Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 54 (April 1928): 226. . После отсеивания ложных осталось «три значительных колебания», отражавших отношения обратной зависимости между давлением. Самое мощное наблюдалось между Тихим и Индийским океанами – Уокер назвал его Южной осцилляцией. Два колебания поменьше, одно – между Исландией и Азорскими островами, другое – между разными участками в северной части Тихого океана, получили соответственно названия Североатлантическая осцилляция и Северо-Тихоокеанская осцилляция [154] Gilbert Walker, «Correlation in Seasonal Variation of Weather, VIII: A Preliminary Study of World Weather,» Memoirs of the Indian Meteorological Department 24 (1923): 75–131, 109. . В этих местах области с разным давлением находились в отношениях обратной зависимости. Когда барометрическое давление над Исландией возрастало, над Азорскими островами оно снижалось, и наоборот.