Μοντέλο-παιχνίδι για την κλιματική μεταβλητότητα με ομοιοθετική συμπεριφορά

Καταδεικνύεται ότι ένα απλό ντετερμινιστικό μοντέλο σε διακριτό χρόνο μπορεί να αναπαραγάγει την ομοιοθετική συμπεριφορά των υδροκλιματικών διεργασιών σε υπερετήσιες χρονικές κλίμακες, η οποία είναι περισσότερο γνωστή στην υδρολογία ως "φαινόμενο Hurst". Αυτό το μοντέλο-παιχνίδι βασίζεται σε μια γενικευμένη "χαοτική απεικόνιση τέντας", η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως το συνδυασμένο αποτέλεσμα ενός θετικού και ενός αρνητικού μηχανισμού ανάδρασης, και περιλαμβάνει δύο βαθμούς ελευθερίας. Το μοντέλο δεν αντιπροσωπεύει με ρεαλιστικό τρόπο το κλιματικό σύστημα, αλλά αποτελεί μια ριζική απλοποίηση της πραγματικής κλιματικής δυναμικής. Ωστόσο, η απλότητά του βοηθά στην κατανόηση των φυσικών μηχανισμών που προκαλούν την ομοιοθετική συμπεριφορά και ταυτόχρονα επιτρέπει την εύκολη εφαρμογή και τον άνετο πειραματισμό. Η εφαρμογή του μοντέλου παράγει συνθετικές χρονοσειρές που μοιάζουν με τις ιστορικές χρονοσειρές υδροκλιματικών μεταβλητών, όπως της θερμοκρασίας και της ροής σε ποταμούς. Ιδιαίτερα, οι συνθετικές χρονοσειρές εμφανίζουν ομοιοθετική συμπεριφορά με συντελεστή Hurst μεγαλύτερο από 0.5 και έχουν στατιστικά χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά των παρατηρημένων χρονοσειρών. Επιπλέον, η εφαρμογή δείχνει ότι συνθετικές "κλιματικές" διακυμάνσεις μεγάλης χρονικής κλίμακας (όπως είναι οι ανοδικές και καθοδικές τάσεις) μπορεί να εμφανιστούν χωρίς κανένα ιδιαίτερο λόγο και ότι η εξέλιξή τους είναι απρόβλεπτη, ακόμη και όταν παράγονται από ένα τόσο απλό και πλήρως ντετερμινιστικό μοντέλο με μόνο δύο βαθμούς ελευθερίας. Έτσι το μοντέλο, παρά την απλή ντετερμινιστική δυναμική που χρησιμοποιεί, η οποία προφανώς είναι μια καρικατούρα της εξαιρετικά πολυπλοκότερης δυναμικής του πραγματικού κλιματικού συστήματος, υπογραμμίζει τη μεγάλη αβεβαιότητα που σχετίζεται με την ομοιοθετική συμπεριφορά, δηλαδή τη μικρή προγνωστική ικανότητα ακόμη και ενός απλού κλιματικού μοντέλου.