地球的气候系统似乎在过去突然地在冷模式和暖模式之间转换。今天，人类活动导致的气候变化是否也会让我们面临同样的风险?坦率地说，气候模型还不能回答这个问题。但是由Gisela D. Charó， Mickaël D. chekron, Denisse Sciamarella和Michael Ghil发表在《Chaos》杂志上的一项研究结果提出了一种解决问题的方法。通过分析一个结合了两种主要的气候变化理论和代数拓扑工具的模型，作者表明气候系统确实经历了突变，也被称为引爆点。这些工具适用于简化的气候模型，它们可能有助于评估地球的气候系统是否会因全球变暖而整体崩溃。这项工作是TiPES项目的一部分，TiPES是欧洲关于地球系统转折点的科学合作项目。

气候是如何演变的?

“这是气候科学中真正未解之谜之一，我们正试图解开，”迈克尔·吉尔(Michael Ghil)解释说，École, Normale Supérieure，法国巴黎。

关于气候演变的原因，有两种基本互补的观点。一个是爱德华·洛伦兹的混沌决定论观点。这是一种混沌理论，人们普遍认为，在一个大陆上扇动翅膀的蝴蝶可能是另一个大陆上风暴的起源。

另一种观点来自最近的诺贝尔奖得主克劳斯•哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)，他说气候系统是随机的，一切事物都是波动的，但又回归到均值。

这种组合看起来很奇怪

“早在2008年，我们就将这两种理论结合在一起，表明如果同时存在确定性混沌和随机扰动，事情会变得更有趣，”迈克尔·吉尔说。

2008年的结果，一个所谓的随机吸引子，可以在https://vimeo.com/240039610的视频中看到。

这个随机吸引子随时间变化。它在一个给定的瞬间形成的形状，被称为快照，决定了气候系统最有可能在哪里。然而，如何解释随机吸引子在时间上的变化还不清楚。它的变化路径对我们理解气候意味着什么?代数拓扑可以帮助解决这个问题。

突然的变化

代数拓扑非常抽象，但其结果很容易理解。如果两个系统的几何物体在性质上相似，它们包含相同数量的孔洞。

《气候随机吸引子的混乱》中的分析揭示，随着时间的推移，空洞出现和消失。这意味着该体系在不同的政权之间会发生变化。过渡似乎是瞬间的。而且，由于分析结果实际上揭示了正在分析的物理系统最基本属性的变化，结果表明，地球气候的本质确实是通过突变演化的——通常被称为引爆点。

早期预警

这种方法可能对预测气候系统的最终倾侧有影响。如今，整个气候系统的这种突变太过复杂，无法建立一个早期预警系统。然而，代数拓扑可能是答案。

“这是在非常复杂的情况下建立临界条件的一种相当稳健的方法。所以我认为，为了真正预示像气候系统这样复杂的系统的变化，应该可以使用这些工具。”迈克尔·吉尔说道。

然而，这项计划能否成功实施，将取决于气候模型能否缩小到可管理的规模，以便使用这项工作中使用的代数拓扑工具进行分析。

这项工作的贡献者。

Gisela D. Charó， ConICET -布宜诺斯艾利斯大学，阿根廷;和CNRS - IRD - ConICET - UBA。法国-阿根廷研究所Études关于气候和影响，阿根廷。Mickaël D. chekron，魏茨曼科学研究所，雷霍沃特，以色列。Denisse Sciamarella，法国巴黎国家科学研究中心，法国国家科学研究中心- IRD - ConICET - UBA。法国-阿根廷研究所Études关于气候和影响，卡巴，阿根廷。Michael Ghil，地球科学系和Météorologie Dynamique实验室(CNRS和IPSL)， École Normale Supérieure和PSL大学，巴黎，法国，和大气与海洋科学系，加州大学洛杉矶，加州，美国。

TiPES项目是欧盟地平线2020跨学科气候科学项目，研究地球系统的引爆点。18个伙伴机构在10多个国家开展合作。TiPES由丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所和德国波茨坦气候影响研究所协调和领导。TiPES项目获得了欧洲地平线2020研究和创新计划的资助，资助协议编号820970。