Alors que le climat mondial continue de changer et que les événements météorologiques extrêmes menacent de plus en plus les régions du monde, des prévisions météorologiques précises deviennent plus importantes que jamais.

Dans une nouvelle étude publiée dans Rapports scientifiques , une équipe de recherche dirigée par l'Institut des sciences industrielles, l'Université de Tokyo, rapporte que la précision des prévisions météorologiques peut être améliorée de plusieurs points de pourcentage si les observations satellitaires des compositions isotopiques de la vapeur d'eau sont incorporées dans un modèle de circulation générale.

Différents isotopes de l'hydrogène et de l'oxygène rendent les molécules d'eau individuelles plus lourdes ou plus légères, et les processus météorologiques comme l'évaporation et les précipitations influencent la distribution de ces isotopes. Ces isotopes ont le potentiel de révéler le système météorologique, mais ont généralement été négligés dans les modèles météorologiques en raison de la rareté relative des données isotopiques par rapport aux mesures météorologiques conventionnelles comme la température et la vitesse du vent. Cependant, les progrès de la technologie satellitaire ont permis de combler cette lacune et d'améliorer la capacité de prévision.

Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé les données isotopiques de la vapeur d'eau de l'interféromètre de sondage atmosphérique infrarouge (IASI), un spectromètre satellitaire qui observe les données sur la vapeur d'eau dans la moyenne troposphère entre 60°S et 60°N deux fois par jour. Des mesures à une altitude de 4,5 km ont été utilisées car cette altitude était l'endroit où les mesures isotopiques étaient les plus fiables.

"Un filtre de Kalman de transformation d'ensemble local a été utilisé pour assimiler les données IASI dans le modèle de prévision", explique le premier auteur de l'étude, Masataka Tada. « Près de 230, 000 points de données mesurés en avril 2013 ont été utilisés dans les expériences d'assimilation. Nous avons utilisé l'Isotope-incorporated Global Spectral Model (IsoGSM) comme modèle de prévision."

Des expériences ont été menées pour déterminer comment l'incorporation de ces données isotopiques affectait la modélisation d'autres variables météorologiques aux échelles mondiale et locale. L'expérience globale a montré une amélioration des compétences du modèle, surtout dans les latitudes moyennes et dans l'hémisphère nord. La plupart des variables météorologiques ont montré une modélisation améliorée, en particulier la température de l'air et l'humidité spécifique.

Pour tester le modèle dans un environnement local, les chercheurs ont enquêté sur un événement de basse pression sur le Japon qui s'est produit en avril, 2013. Avec les données isotopiques de la vapeur d'eau incluses, le modèle était mieux en mesure de simuler le modèle de pression global de cet événement.

L'auteur correspondant Kei Yoshimura dit :"La nôtre est la première étude à assimiler de vraies observations satellitaires d'isotopes de vapeur d'eau avec un modèle de circulation générale et à examiner les effets sur la modélisation de la dynamique globale et locale. Avec les améliorations que nous avons observées, et avec la disponibilité croissante des mesures isotopiques par satellite, nous nous attendons à d'autres améliorations des prévisions météorologiques à l'avenir sur la base des données isotopiques."