科學家們長期以來一直利用水分子中的同位素來研究大氣中的水分來源，但追蹤其在全球水循環中的運動仍然相當複雜。現在，研究人員通過解碼水中嵌入的同位素特徵，正在改進這一方法，使他們能夠以更高的精確度追蹤水分的運輸。《地球物理研究期刊：大氣》上發表的一項新研究顯示，東京大學的一組研究團隊運用了這些同位素標記來更準確地繪製全球水循環的地圖。通過分析氘和氧-18這兩種自然存在於水中的重同位素，研究人員能夠重建降水和水蒸氣的歷史。
同位素條形碼的科學在於一個稱為同位素分餾的過程。由於重水分子比輕水分子蒸發得更慢而凝結得更快，這些同位素的比例會隨著水在大氣中的運動而改變。這創造出一種獨特的標記，顯示降雨的起源及其經過的氣候模式。東京大學的教授兼該研究的資深作者吉村圭表示，水同位素的變化反映了水分運輸、匯聚和大規模大氣循環的變化。
雖然科學家們多年來使用了基於同位素的模型，但單個模擬通常難以捕捉大氣的混沌特性。為了解決這一問題，團隊創建了全球首個集成框架。通過結合八個先進的氣候模型，並使用1979年至2023年共45年的數據，團隊能夠消除來自單個模型的誤差。這一方法使科學家們能夠將模型結構的噪聲與水循環的實際物理現象分開。
吉村解釋道：「我們很高興我們的集成均值比任何單一模型更成功地捕捉到全球降水、水蒸氣和雪的同位素模式。」這項研究的發現為全球水資源的可用性提供了一個迫切需要的 GPS 跟蹤器。在過去30年中，模擬顯示大氣水蒸氣明顯上升，這直接與全球氣溫上升相關。結果還顯示出與主要氣候模式的強烈聯繫，包括厄爾尼諾-南方震盪、北大西洋震盪以及南極環流模式等。這些大規模系統影響著全球數十億人的水資源安全。
目前在 NASA 戈達德太空研究所工作的校友方海勇表示，集成方法減少了模型之間的差異，研究人員可以隔離不同模型結構如何表達水循環過程。隨著地球持續變暖，了解水分的運動不再僅僅是科學上的好奇，而是生存的必要。通過解碼同位素的隱藏語言，研究人員正逐漸獲得有關全球生命之源變化的更清晰畫面。
吉村在新聞稿中強調，這項研究提升了我們解釋過去氣候變異的能力，並為理解和預測全球水循環及其對持續全球變暖的反應提供了更強的基礎。
