Japońscy badacze wykazali, że analiza izotopów w parze wodnej znacząco zwiększa sprawdzalność prognoz do pięciu dni. Nowatorska metoda pozwala trafniej przewidywać m.in. gwałtowne ulewy, uzupełniając luki w tradycyjnych pomiarach meteorologicznych.
- Uwzględnienie satelitarnych danych o izotopach wodoru i tlenu poprawia dokładność prognozowania temperatury, wiatru oraz opadów.
- Cząsteczki tzw. ciężkiej wody krążące w atmosferze niosą ze sobą unikalną historię procesów parowania i kondensacji.
- Wdrożenie nowej metody na skalę operacyjną wymaga rozbudowy sieci satelitarnej oraz modernizacji obecnych systemów obliczeniowych.
Pogoda w Polsce gwałtownie się zmieni. Najpierw 30 stopni, potem ochłodzenie i deszcz
Prognozy pogody opierają się na wielu rodzajach danych, przede wszystkim dotyczących ciśnienia atmosferycznego, temperatury i wilgotności powietrza oraz prędkości i kierunku wiatru w różnych miejscach. Dane pochodzą ze stacji meteorologicznych, balonów, samolotów czy satelitów.
Mimo rozwijanych od dziesięcioleci komputerowych modeli pogody i uruchamiania ich na superkomputerach, prognozy dotyczące pogody na więcej niż kilka dni wciąż są niezbyt wiarygodne.
Dokładniejsze prognozy pogody dzięki ciężkiej wodzie
Naukowcy z University of Tokyo (Japonia) wykazali, że uwzględnienie w modelach pogody satelitarnych pomiarów poziomu izotopów wodoru i tlenu zawartych w parze wodnej poprawia jakość prognoz warunków atmosferycznych do pięciu dni, pozwalając na przykład lepiej przewidywać intensywne opady deszczu. Wyniki badań opublikowano w piśmie „Communications Earth & Environment”.
Rekordowe Super El Niño zmieni pogodę na świecie. Co nas czeka zimą?
Izotopy to alternatywne formy atomów, w których liczba neutronów różni się od liczby występującej w typowym atomie. Oznacza to, że izotopy są często cięższe niż ich atomowe odpowiedniki, a w przypadku związanego izotopu wodoru zwanego deuterem po połączeniu z tlenem powstaje tzw. ciężka woda. Od pewnego czasu wiadomo, że ciężka woda występuje w atmosferze jako woda z ciężkim izotopem wodoru lub z ciężkim izotopem tlenu. Wiadomo również, że sposób parowania i kondensacji ciężkiej wody nieco różni się od normalnego.
Obserwacje satelitarne dostarczają danych dotyczących zmian ilości naturalnie występujących na wysokości około czterech km cząsteczek ciężkiej wody. Te subtelne różnice odzwierciedlają historię parowania, kondensacji i transportu atmosferycznego, dostarczając modelom pogody informacji, których nie są w stanie uchwycić zwykłe pomiary wilgotności.
– W tym badaniu włączyliśmy satelitarne obserwacje stosunków izotopów pary wodnej do modelu pogody, wykorzystując technikę zwaną asymilacją danych. Odkryliśmy, że te dodatkowe informacje poprawiły nasze szacunki podstawowych warunków atmosferycznych, takich jak wiatr, temperatura i para wodna, co z kolei doprowadziło do dokładniejszych prognoz pogody – powiedział Kinya Toride z University of Tokyo.
Ponieważ ciężka woda jest, jak sama nazwa wskazuje, nieco cięższa i nie paruje tak łatwo jak zwykła woda, to również łatwiej się skrapla. Te i inne subtelne różnice w zachowaniu zmieniają rozkład izotopów wody w atmosferze. Choć cenne, same obserwacje nie ujawniają, które zmienne atmosferyczne, takie jak temperatura, wiatr czy wilgotność, odpowiadają za konkretny sygnał izotopowy.
Rewolucja wymaga czasu i nowych satelitów
– To pierwsze badanie, które pokazuje, że informacje o izotopach pary wodnej mogą poprawić prognozy pogody w warunkach zbliżonych do rzeczywistych prognoz operacyjnych. Nie jest to jednak coś, co można wprowadzić z dnia na dzień. Wciąż dysponujemy bardzo niewielką ilością danych izotopowych w czasie rzeczywistym, a dzisiejsze modele prognoz operacyjnych nie są zaprojektowane do ich wykorzystania – powiedział profesor Kei Yoshimura z Instytutu Nauk Przemysłowych z University of Tokyo.
– Teraz, gdy wykazaliśmy wyraźne korzyści, zwłaszcza w prognozowaniu intensywnych opadów deszczu, mamy znaczący powód, aby to zmienić. Naszym długoterminowym celem jest opracowanie dokładniejszych satelitarnych obserwacji izotopów pary wodnej i zintegrowanie ich z systemami prognozowania pogody, tak aby ta dodatkowa warstwa informacji mogła zwiększyć wiarygodność codziennych prognoz – dodał.
Zdaniem autorów, biorąc pod uwagę stale malejące koszty wystrzeliwania niezbędnych satelitów, coraz bardziej prawdopodobne jest, że potrzebne dane wkrótce znajdą się w rękach naukowców, specjalistów od modelowania klimatu, a nawet prezenterów pogody.
Może zainteresuje Cię także: