Знаете ли вы, что мы можем проследить путь капли воды в пространстве и времени? Вода состоит из водорода и кислорода, и иногда эти атомы немного тяжелее обычных. Такие более тяжелые формы называются изотопами. По мере испарения воды или ее перемещения в атмосфере количество изотопов меняется предсказуемым образом. Это позволяет исследователям отслеживать движение воды в глобальном масштабе. Затем эту информацию можно использовать для гидрологического моделирования, что позволяет ученым анализировать экстремальные погодные явления, такие как штормы, наводнения и засухи, и прогнозировать изменения погоды, связанные с глобальным потеплением.
Существуют климатические модели, учитывающие изотопные процессы. Однако одной климатической модели крайне сложно точно смоделировать циркуляцию воды. В исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, команда из Института промышленных наук Токийского университета применила метод, называемый ансамблевым, который предполагает одновременное использование нескольких моделей. Ансамблевый метод включает в себя 8 климатических моделей с поддержкой изотопов и охватывает 45-летний период с 1979 по 2023 год. Все модели были запущены с использованием одних и тех же данных о ветре и температуре поверхности моря, что позволило исследователям проверить физические параметры отдельных моделей, а также эффективность усреднения по ансамблю в сравнении с климатическими наблюдениями.
«Изменения в изотопном составе воды отражают сдвиги в переносе влаги, конвергенции и крупномасштабной атмосферной циркуляции. Хотя мы знаем, что на изотопный состав влияют температура, осадки и высота над уровнем моря, сложность интерпретации результатов современных моделей снижает их точность», — говорит профессор Кей Йошимура, один из ведущих авторов исследования. «Мы рады, что наши усредненные значения гораздо точнее отражают изотопные закономерности, наблюдаемые в глобальных осадках, парах, снеге и спутниковых данных, чем любая из отдельных моделей».
Ансамблевое моделирование за последние 30 лет выявило общее увеличение содержания водяного пара в атмосфере, связанное с повышением температуры, а также тесную связь с крупномасштабными межгодовыми климатическими явлениями, такими как Эль-Ниньо — Южное колебание, Североатлантическое колебание и Южное кольцевое колебание. Эти климатические системы влияют на многолетнюю изменчивость доступности водных ресурсов в мире, затрагивая миллиарды людей.
«Ансамбли предлагают комплексный подход к моделированию, который снижает расхождения между отдельными моделями», — говорит доктор Хаен Бонг, соавтор работы. Это исследование стало первым в мире, в котором несколько климатических моделей с поддержкой изотопов объединены в систему и на их основе создан ансамбль, результаты которого практически полностью совпадают с наблюдениями.
«Исследование расширяет наши возможности по интерпретации изменчивости климата в прошлом и закладывает прочную основу для понимания и прогнозирования того, как глобальный круговорот воды и формируемая им погода будут реагировать на продолжающееся глобальное потепление», — сказал профессор Ёсимура.
[Фото: Institute of Industrial Science, The University of Tokyo]
