Multi-modell isotopsimuleringer avslører et enhetlig bilde av jordens vannsyklus

«I publikasjonen Water Isotope Model Intercomparison Project (WisoMIP): Present-day Climate av Hayoung Bong et al., har vi kunnet bruke in-situ observasjoner av vanndampisotoper innhentet over de siste to tiårene til å bekrefte modellsimuleringer. Disse observasjonsdataene ble samlet inn gjennom dedikerte feltkampanjer over hele verden – fra Antarktis til Arktis – og illustrerer viktigheten av å bygge bro mellom modellerings- og observasjonsmiljøene», skriver Hans Christian Steen-Larsen, professor ved Universitetet i Bergen og Bjerknessenteret for klimaforskning.

Prosjektet er et samarbeid mellom Institute of Industrial Science ved Universitetet i Tokyo, Chiba University, Chuo University, Meteorological Research Institute (Japan Meteorological Agency), Geofysisk institutt og Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen.

Sammenligning av vannisotopmodeller

Vannisotoper – vannmolekyler som inneholder tyngre former for hydrogen og oksygen – er kraftige sporstoffer for atmosfærisk fukttransport og faseendringer. Over de siste to tiårene har klimamodeller med isotopstøtte blitt utviklet uavhengig av flere forskningsgrupper over hele verden. Forskjeller i eksperimentelt design og grensebetingelser har imidlertid gjort det vanskelig å sammenligne prestasjonene deres direkte, og å vurdere robustheten i de simulerte isotopfordelingene.

For å møte denne utfordringen gjennomførte forskningsteamet Water Isotope Model Intercomparison Project (WisoMIP). I dette prosjektet ble åtte toppmoderne klimamodeller med isotopstøtte kjørt med identiske atmosfæriske sirkulasjonsfelt hentet fra ERA5-reanalysen, sammen med enhetlige forhold for havoverflatetemperatur og sjøis. Modellene simulerte den tredimensjonale fordelingen av atmosfæriske vannisotoper på daglig basis fra 1979 til 2023. Dette muliggjorde en direkte sammenligning av isotopprosesser mens man kontrollerte for den storskala atmosfæriske sirkulasjonen.

Multi-modell-ensemble utkonkurrerer enkeltmodeller

Resultatene viser at selv om enkeltmodeller viser regionalt varierende avvik, presterer gjennomsnittet av multi-modell-ensemblet konsekvent bedre enn noen enkeltmodell når det gjelder å gjenskape observerte isotopfordelinger i nedbør, vanndamp og snø. I tillegg gjenskaper ensemblet den forventede storskala romlige strukturen for oksygenisotoper i nedbør, samtidig som det avslører hvor usikkerheten mellom modellene forblir stor. Samlet sett demonstrerer disse resultatene både robustheten og begrensningene i dagens klimamodeller med isotopstøtte.

Fordi vannisotopsignaler bevares i naturlige arkiver som is kjerner, koraller og treinger – og nå kan observeres direkte i nedbør og atmosfærisk vanndamp – gir disse funnene en kritisk kobling mellom moderne observasjoner, paleoklimatiske rekonstruksjoner og fremtidige klimaprojeksjoner. WisoMIP-datasettet etablerer en ny internasjonal standard for evaluering av klimamodeller med isotopstøtte, og forventes å bidra til å redusere usikkerhet i vurderinger av klimaendringer.ernational benchmark for evaluating isotope-enabled climate models and is expected to contribute to reducing uncertainty in climate change assessments.