随着全球气候的持续变化和极端天气事件对世界各地地区的威胁越来越大，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》上发表的一项新研究中，由东京大学工业科学研究所领导的一个研究小组报告说，如果将水汽同位素组成的卫星观测纳入一般环流模型，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更重或更轻，蒸发和降水等天气过程会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，但由于与温度和风速等常规天气测量相比，同位素数据相对稀缺，因此在气象模型中通常被忽略。然而，卫星技术的进步使得填补这一空白和提高预测能力成为可能。
在这项研究中，研究人员使用了红外大气探测干涉仪 (IASI) 的水汽同位素数据，这是一种基于卫星的光谱仪，每天两次观测对流层中部 60°S 至 60°N 之间的水汽数据。使用 4.5 公里高度的测量，因为这个高度是同位素测量最可靠的地方。
“局部集成变换卡尔曼滤波器用于将 IASI 数据同化到预测模型中，”研究的第一作者 Masataka Tada 解释说。“在 2013 年 4 月测量的近 230,000 个数据点用于同化实验。我们使用同位素结合全球光谱模型 (IsoGSM) 作为预测模型。”
进行了实验以确定合并这些同位素数据如何影响全球和局部尺度的其他天气变量的建模。全球实验表明模型技能有所提高，尤其是在中纬度地区和北半球。大多数天气变量都显示出改进的建模，尤其是气温和比湿度。
为了在本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低压事件。通过包含水蒸气同位素数据，该模型能够更好地模拟该事件的整体压力模式。
根据研究资深和通讯作者 Kei Yoshimura 的说法，“我们的研究是第一项将水汽同位素的真实卫星观测与一般环流模型同化并检查对全球和局部动力学建模的影响的研究。随着我们观察到的改进，随着卫星同位素测量的可用性不断提高，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。”
