Ученые нашли способ отслеживать путь каждой капли воды в масштабах всей планеты. Вода состоит из атомов водорода и кислорода, некоторые из которых в природе существуют в виде более тяжелых разновидностей – изотопов. Когда вода испаряется, образует облака и перемещается в атмосфере, соотношение этих изотопов предсказуемо меняется. Эти изменения служат своего рода «отпечатком пальца», который помогает исследователям составлять карту глобальных перемещений воды.
Объединение этих изотопных данных с гидрологическими моделями превращает их в мощный инструмент. С его помощью ученые могут глубже понять природу экстремальных погодных явлений, таких как ураганы, наводнения и засухи, а также улучшить прогнозы того, как изменение климата повлияет на погоду в будущем.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres, ученые из Токийского университета применили так называемый ансамблевый метод, объединяющий сразу несколько климатических моделей. Их система включила восемь моделей, способных работать с данными по изотопам, и проанализировала период в 45 лет – с 1979 по 2023 год. Каждая модель в этом «ансамбле» работала на основе одних и тех же исходных данных о ветре и температуре поверхности моря. Такой подход позволил команде оценить, как отдельные модели справляются с физикой водного цикла, и сравнить усредненный результат работы всей системы с реальными климатическими наблюдениями.
«Изменения в изотопном составе воды отражают сдвиги в переносе влаги и крупномасштабной циркуляции атмосферы, – объясняет один из авторов исследования, профессор Кэй Ёсимура. – Хотя мы и знаем, что на изотопы влияют температура и количество осадков, разброс в результатах отдельных моделей затрудняет интерпретацию. Мы рады, что усредненные данные нашего ансамбля гораздо точнее воспроизводят изотопные закономерности, наблюдаемые в осадках, водяном паре и снеге по всему миру, чем любая из моделей по отдельности».
Анализ данных за последние 30 лет показал общий рост содержания водяного пара в атмосфере, связанный с повышением глобальной температуры. Результаты также выявили тесную связь с основными климатическими циклами, влияющими на погоду в течение нескольких лет, – такими как Эль-Ниньо, Североатлантическое и Южное аннулярное колебания. Эти глобальные системы определяют доступность водных ресурсов для миллиардов людей по всему миру.
«Ансамблевый подход предлагает более тонкую настройку моделирования, которая сглаживает расхождения между отдельными моделями, – говорит доктор Хаён Бонг, ныне сотрудник Института космических исследований имени Годдарда НАСА. – Это позволяет нам отделить эффекты того, как каждая модель описывает процессы водного цикла, от различий, возникающих из-за самой структуры моделей».
Эта работа стала первым в мире случаем, когда несколько климатических моделей, учитывающих изотопы, были объединены в единую систему. Полученный ансамбль моделей продемонстрировал высокую точность и соответствие реальным данным наблюдений, что дает более надежную картину движения воды в глобальной климатической системе. По словам профессора Ёсимуры, исследование закладывает прочную основу для прогнозирования реакции глобального круговорота воды на продолжающееся потепление.
