Вы когда-нибудь задумывались, как можно отследить путешествие капли воды сквозь пространство и время? Вода формируется из водорода и кислорода, и в некоторых случаях эти атомы могут быть немного тяжелее, чем обычно. Эти более тяжелые разновидности называются изотопами. Когда вода испаряется или перемещается в атмосфере, ее изотопный состав меняется предсказуемым образом. Это дает возможность ученым отслеживать перемещение воды на глобальном уровне. Полученные данные используются для создания гидрологических моделей, которые позволяют анализировать экстремальные погодные условия, такие как штормы, наводнения и засухи, а также прогнозировать изменения климата, связанные с глобальным потеплением.
Изотопные процессы также включаются в климатические модели, но одной лишь климатической модели недостаточно для точного воспроизведения циркуляции воды. В исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, группа исследователей 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.
«Вариации в изотопном составе воды указывают на изменения в процессах переноса влаги, сближения воздушных масс и крупномасштабной циркуляции в атмосфере. Несмотря на то, что известно влияние температуры, количества осадков и высоты над уровнем моря на изотопный состав, интерпретация результатов современных моделей остается сложной задачей, что сказывается на их точности», – отмечает профессор Кей Йошимура, один из ключевых авторов исследования. «Мы довольны тем, что наши обобщенные данные значительно точнее воспроизводят изотопные характеристики, наблюдаемые в глобальных осадках, водяном паре, снеге и спутниковых данных, по сравнению с отдельными моделями».
За последние три десятилетия ансамблевое моделирование показало, что повышение температуры приводит к увеличению концентрации водяного пара в атмосфере, а также выявило её тесную взаимосвязь с крупномасштабными климатическими колебаниями, такими как Эль-Ниньо, Южное колебание, Североатлантическое колебание и Южное кольцевое колебание. Эти климатические системы оказывают воздействие на долгосрочные изменения в обеспечении водными ресурсами по всему миру, затрагивая жизнь миллиардов людей.
«Комплексное моделирование, которое позволяет уменьшить несоответствия между отдельными моделями, предлагают ансамбли», — отмечает доктор Хаен Бонг, один из авторов исследования. Это первая в мире работа, в которой несколько климатических моделей, использующих изотопные данные, были объединены в единую систему, а на их основе создан ансамбль, результаты которого практически идентичны фактическим данным.
«Данная работа позволяет нам лучше понимать колебания климата в прошлом и создает надежную базу для прогнозирования того, как глобальный водный цикл и связанные с ним погодные условия отреагируют на продолжающееся повышение температуры», — отметил профессор Ёсимура.
[Фото: Институт промышленной науки, Токийский университет ]