A água é composta de hidrogênio e oxigênio, e às vezes esses átomos são ligeiramente mais pesados que o normal. Essas formas mais pesadas são chamadas de isótopos. Conforme a água evapora ou se move pela atmosfera, a quantidade desses isótopos muda de maneiras previsíveis. Isso pode funcionar como uma impressão digital, permitindo que os pesquisadores rastreiem o movimento da água em escala global.

Essas informações podem então ser usadas em modelos hidrológicos , permitindo que os cientistas interpretem eventos climáticos extremos, como tempestades, inundações e secas, e prevejam mudanças climáticas decorrentes das alterações climáticas.

Foram desenvolvidos modelos climáticos que incluem processos isotópicos. No entanto, é extremamente difícil para um único modelo climático simular com precisão a circulação da água.

Em um estudo publicado no periódico Journal of Geophysical Research: Atmospheres , a equipe do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio aplicou uma técnica chamada ensemble, que utiliza múltiplos modelos simultaneamente. O ensemble inclui oito modelos climáticos com análise isotópica e abrange um período de 45 anos, de 1979 a 2023.

Todos os modelos foram executados usando os mesmos dados de vento e temperatura da superfície do mar, permitindo que os pesquisadores testassem a física de cada modelo individualmente, bem como o desempenho da média do conjunto em comparação com as observações climáticas.

"As mudanças nos isótopos da água refletem alterações no transporte de umidade, na convergência e na circulação atmosférica em grande escala. Embora saibamos, em um nível básico, que os isótopos são afetados pela temperatura, precipitação e altitude, a variabilidade das simulações dos modelos atuais dificulta a interpretação dos resultados", disse o professor Kei Yoshimura, um dos autores principais do estudo, que assessorou diversos dos modelos climáticos com análise de isótopos que participaram do projeto.

"Estamos muito satisfeitos por nossos valores médios de conjunto capturarem os padrões isotópicos observados na precipitação global, vapor, neve e dados de satélite com muito mais sucesso do que qualquer um dos modelos individuais."

Ao analisar as mudanças ocorridas nos últimos 30 anos, as simulações em conjunto capturaram um aumento geral no vapor de água atmosférico associado ao aquecimento das temperaturas e uma forte ligação com fenômenos climáticos interanuais de grande escala, como a Oscilação Sul do El Niño, a Oscilação do Atlântico Norte e o Modo Anular Sul. Esses sistemas climáticos impulsionam a variabilidade plurianual na disponibilidade global de água, afetando bilhões de pessoas em todo o mundo.

"Os conjuntos oferecem uma abordagem de modelagem mais refinada que reduz a divergência entre modelos individuais. Essa abordagem nos permite separar os efeitos de como cada modelo representa os processos do ciclo da água das diferenças decorrentes das estruturas individuais dos modelos", disse o Dr. Hayoung Bong, ex-aluno do Instituto de Ciências Industriais da Universidade de Tóquio, atualmente no Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA.

Este estudo representa um feito inédito a nível mundial, reunindo múltiplos modelos climáticos com recursos isotópicos em uma estrutura unificada e produzindo um conjunto de resultados que corresponde de perto às observações.

"É importante ressaltar que a pesquisa aprimora nossa capacidade de interpretar a variabilidade climática passada e fornece uma base mais sólida para entender e prever como o ciclo global da água e o clima que ele influencia responderão ao aquecimento global contínuo", disse o professor Yoshimura.