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东京大学团队通过卫星同位素数据同化,更精准高效地预测天气

随着全球气候持续变化和极端天气事件日益威胁世界各地,准确的天气预报变得比以往任何时候都更加重要。

在《科学报告》(Scientific Reports)上发表的一项新研究中,东京大学工业科学研究所领导的一个研究小组报告称,如果将卫星观测到的水蒸气同位素组成纳入一个总体环流模型,天气预报的准确性可以提高几个百分点。

氢和氧的不同同位素使单个水分子变重或变轻,而蒸发和降水等天气过程影响这些同位素的分布。这些同位素具有揭示天气系统的潜力,但在气象模型中通常被忽视,因为与温度和风速等常规天气测量相比,同位素数据相对匮乏。然而,卫星技术的进步,使填补这一空白和提高预报能力成为可能。

在这项研究中,研究人员使用了来自红外大气探测干涉仪(IASI)的水蒸气同位素数据。这是一个基于卫星的光谱仪,每天两次观测对流层中部60°S到60°N之间的水蒸气数据。他们基于4.5千米的高度进行了测量,因为同位素测量在这个高度会得出最可靠的结果。

研究第一作者Masataka Tada解释称:“我们使用局部集合变换卡尔曼滤波器,将IASI数据同化到预测模型中。”“同化实验使用了2013年4月测量到的近23万个数据点。我们使用同位素,纳入全球光谱模型(IsoGSM)作为预测模型。”

整个过程中,研究人员们进行了一些实验,以确定这些同位素数据如何影响全球和局部尺度上其他天气变量的建模。全球实验显示了模型技能的提高,特别是在中纬度地区和北半球。大多数天气变量显示了改进的模型,特别是空气温度和比湿度。

为了在当地环境中测试该模型,研究人员调查了2013年4月发生在日本上空的一次低压事件。该模型能较好地模拟该事件的整体压力分布。

该研究的资深通讯作者Kei Yoshimura表示:“我们的研究,是第一次将大气环流模型与真实的卫星观测的水蒸气同位素同化,并检验其对全球和局部动力学模型的影响。随着我们观测到的改进,以及卫星同位素测量的可用性增加,我们预计未来基于同位素数据的天气预报,将得到进一步改进。”

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