Розовый шум качества воды

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich) и британского Центра экологии и гидрологии (CEH) обнаружили, что концентрации десятков химических веществ в речных водах колеблются по универсальному паттерну, известному как «розовый шум» или «фликкер-шум». Этот паттерн делает поведение химических сигналов и будущие тренды качества воды сложными для предсказания.

Ученые проанализировали почти 30 лет еженедельных данных и двухлетние измерения с интервалом в семь часов по 45 химическим компонентам в осадках и воде ручьев в двух водосборных бассейнах в районе Плинлимон (Уэльс). Они обнаружили, что в потоке амплитуда колебаний концентраций всех веществ увеличивается с уменьшением частоты (более длинными циклами): годовые вариации больше недельных, а те, в свою очередь, больше дневных. В то же время химический состав осадков демонстрировал более привычный «белый шум», где амплитуда колебаний одинакова на всех частотах.

Это открытие имеет важные последствия для программ мониторинга качества воды. Розовый шум является «несамоусредняющимся», что означает: усредненные значения, рассчитанные по измерениям за всё более длительные периоды времени, не становятся стабильнее. Как отмечает профессор Джеймс Кирхнер, статистически значимые тренды, выявленные по прошлым данным, часто оказываются ненадежными ориентирами для прогноза будущих изменений. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), указывает на необходимость нового подхода к анализу трендов качества воды.