När det globala klimatet fortsätter att förändras och extrema väderhändelser alltmer hotar regioner över hela världen, exakt väderprognoser blir viktigare än någonsin.

I en ny studie publicerad i Vetenskapliga rapporter , en forskargrupp ledd av Institutet för industrivetenskap, universitetet i Tokyo, rapporterar att väderprognosnoggrannheten kan förbättras med flera procentenheter om satellitobservationer av vattenångas isotopsammansättningar införlivas i en allmän cirkulationsmodell.

Olika isotoper av väte och syre gör enskilda vattenmolekyler tyngre eller lättare, och väderprocesser som avdunstning och nederbörd påverkar fördelningarna av dessa isotoper. Dessa isotoper har potential att avslöja vädersystemet, men har i allmänhet försummats i meteorologiska modeller på grund av den relativa bristen på isotopdata jämfört med konventionella vädermätningar som temperatur och vindhastighet. Dock, framsteg inom satellitteknik har gjort det möjligt att fylla detta gap och förbättra prognostiseringsförmågan.

För denna studie, forskarna använde vattenångisotopdata från Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI), en satellitbaserad spektrometer som observerar vattenångdata i mitten av troposfären mellan 60°S till 60°N två gånger om dagen. Mätningar från en höjd av 4,5 km användes eftersom denna höjd var där isotopmätningarna var mest tillförlitliga.

"Ett lokalt ensembletransformations-Kalman-filter användes för att assimilera IASI-data i prognosmodellen", förklarar studiens första författare Masataka Tada. "Nästan 230, 000 datapunkter uppmätta under april 2013 användes i assimileringsexperimenten. Vi använde Isotope-incorporated Global Spectral Model (IsoGSM) som prognosmodell."

Experiment genomfördes för att fastställa hur inkorporering av dessa isotopdata påverkade modelleringen av andra vädervariabler på både global och lokal skala. Det globala experimentet visade förbättrad modellfärdighet, särskilt på mitten av breddgraderna och på norra halvklotet. De flesta vädervariabler visade förbättrad modellering, speciellt lufttemperatur och specifik luftfuktighet.

För att testa modellen i en lokal miljö, forskarna undersökte en lågtryckshändelse över Japan som inträffade i april, 2013. Med vattenångisotopdata inkluderade, modellen kunde bättre simulera det övergripande tryckmönstret för denna händelse.

Motsvarande författare Kei Yoshimura säger, "Vår är den första studien för att assimilera verkliga satellitobservationer av vattenångisotoper med en generell cirkulationsmodell och undersöka effekterna på modelleringen av både global och lokal dynamik. Med de förbättringar vi observerade, och med den ökande tillgängligheten av satellitisotopmätningar, vi förväntar oss ytterligare förbättringar av väderprognoser i framtiden baserat på isotopdata."