华北地区大气降水稳定同位素特征与水汽来源

选取华北地区的包头,石家庄,天津,太原IAEA/WMO/GNIP大气降水的氢氧同位素组成的资料,分析了华北地区降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素.研究表明:华北地区降水中的δ18O值都表现出明显的“夏高冬低”的季风气候特征,夏季表现雨量效应,冬季温度效应明显;华北各地区降水线方程与全国及全球降水线相比,斜率和截距都偏小,揭示了华北地区降水是在非瑞利条件下进行的,并且除天津外,其他地区稳定同位素特征还受到降水过程中局地水汽循环的影响;d值总体表现出冬高夏低的季节变化特征,说明了冬季风和夏季风期间降水的水源区蒸发条件不同.     

我国西北地区多年降水的氢氧同位素分布特征研究

降水是干旱区水文循环研究不可缺少的水文要素,为了揭示我国西北地区大气降水的氢氧同位素时空分布特征,合理开展不同尺度水文循环研究和建立对比标准,系统搜集分析了乌鲁木齐、银川、张掖、兰州、平凉、西安和拉萨七个地区多年大气降水的氢氧同位素数据资料。分析结果表明:乌鲁木齐、银川、张掖和兰州四个地区的δ18O值夏半年明显高于冬半年,从全年尺度上来看只是受到了温度效应的影响;而位于关中盆地的西安地区则由于复杂的水汽来源,冬半年表现出受温度效应的控制,夏半年转为雨量效应控制为主。平凉地区δ18O与其它海拔相近地区(如兰州)相比5~9月份均偏负,这与平凉地区较弱的城市热岛效应有关。西北地区大气降水δD和δ18O的变化范围均在全球大气降水的变化范围之内,除平凉和拉萨外,其它几个地区大气降水线方程的斜率和截距均小于全球大气降水线,说明这些地区的降水是在干旱环境下经历较强程度的蒸发条件下进行的,且在降水过程中还可能受到了局地二次蒸发凝结等水汽循环的影响。而该区域大气降水的氘盈余(d值)表现出冬半年高、夏半年低的特点,表明冬半年和夏半年水汽来源不同或者水源地的蒸发条件不同。     

兰州市降水同位素变化特征及影响因素

利用2018年4月至2021年4月在兰州市4个站点收集到的349个降水事件样品,对兰州市降水同位素的变化特征和影响因素进行了研究。结果表明：兰州市降水同位素表现出夏季高冬季低的季节变化特征,并且夏半年降水同位素的空间变异性比冬半年显著。兰州市的大气降水线为δ²H=7.34δ¹⁸O+7.28（R²=0.96,P<0.01）,反映了兰州较为干旱的气候特点。在影响因素方面,兰州市降水同位素表现出温度效应。后向轨迹表明,兰州市夏半年降水受到季风水汽和西风带水汽的影响,冬半年降水主要来自于西风带水汽的输送;利用潜在源贡献因子（PSCF）分析法和浓度权重轨迹（CWT）分析法发现,潜在蒸发源区在夏半年主要分布在兰州东部区域,而冬半年几乎不存在潜在蒸发源区。此外,在夏半年,降水事件前几天的对流活动会对降水同位素产生综合影响,累积时间与对流活动的强度及频率有关,在季风初期和末期累积时间较长,季风强盛期较短;在冬半年,降水事件前几天的温度会对降水同位素产生综合影响,累积时间受到冷空气南下频率的影响。以上认识将为季风边缘区水循环过程的研究提供新的视角。     

2017年金华地区大气降水的水汽输送特征

利用2017年1～12月当地降水资料和同期全球再分析资料,引入HYSPLIT和GrADS气象模型,定量分析金华地区大气降水的水汽输送特征。结果表明:(1)研究区逐月场降水的水汽来源、运移路径存在差异。逐月水汽变化过程与冬、夏季风具有密切的联系。其中,4～5月水汽输送呈现为冬、夏季风之间的转换特征;9～10月为夏、冬季风转型时期。(2)研究区水汽输送通道大致可分为四条:西太平洋、孟加拉湾-南海、欧亚大陆和局地水汽通道;另外,研究区不同高度层的水汽在冬、夏半年的水汽输送通道和贡献率不同。     

伊犁河谷大气降水同位素特征及环境意义

为研究伊犁谷地降水同位素特征及陆地内循环对其的影响,为流域水循环研究提供科学依据,于2016年在伊宁、尼勒克和新源气象站采集降水同位素样品。采用回归对照法,讨论降水氘氧稳定同位素的影响因素。研究表明,研究区大气降水线方程为δD=7.96δ^18O+10.37,与全球大气降水线较接近,水汽主要由西风带输送;氘氧同位素夏季富集冬季贫化而氘盈余无规律变化,由于降水过程不仅受温度效应,还受到水汽陆地再循环影响。冬夏季样品在D-^18O关系图中分布特征,证明冬夏影响降水同位素本地水循环因素不同,夏季以云下蒸发为主。根据对氘过量计算的夏季降水雨滴蒸发分数为4.1%~16.2%,再次证明夏季云下蒸发效应明显,而在冬季云下蒸发效应几乎不会发生。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——时间变化的比较(以长沙降水同位素为例)

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）的模拟数据,分析了在不同的下垫面蒸发和不同的凝结分馏条件下降水中δ¹⁸O的时间变化、降水量效应、负温度效应和大气水线。并通过与长沙站5年实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示下垫面蒸发水汽中稳定同位素的季节性变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对季风区水稳定同位素效应的理解和认识。iAWBM给出的4个模拟试验均很好地再现了监测站降水中δ¹⁸O的时间变化,模拟出季风区降水中稳定同位素在暖半年被贫化、在冷半年被富集的基本特点。与平衡分馏相比,动力分馏下降水中稳定同位素被贫化的程度加强、季节差和离散程度减小;由下垫面蒸发水汽中稳定同位素δ_e季节性变化所引起的降水中稳定同位素的变化在不同季节完全相反：在长沙,暖半年降水中δ¹⁸O更低,冷半年降水中δ¹⁸O更高,使得降水中稳定同位素季节差和离散程度增大。4个模拟试验均很好地再现了季风区的降水量效应和负温度效应。与平衡分馏相比,动力分馏下模拟的降水量效应和负温度效应的斜率相对较小;δ_e季节性变化导致模拟的降水量效应和负温度效应的斜率增大。利用iAWBM,模拟出季风区湿热气候条件下的MWL。动力分馏以及δ_e季节变化均使模拟得到的MWL的斜率和截距减小。     

中国干旱-半干旱区当代气候变化

本文在作者近年有关研究工作的基础上，结合最新资料和有关成果，对我国干旱－半干旱区当代气候变化做了比较系统的分析。结果表明，中国干旱－半干旱区气候变化与全国和北半球气候变化相比有一定的特点。冬夏温度变化不同，干旱－半干旱区降水变化趋势不同。     

中国西南季风区不同水体稳定同位素特征分析——以重庆市北碚区为例

通过对重庆市北碚区大气降水和马鞍溪上游龙滩子水库水的氢氧同位素进行的一个水文年（2014年）的样品采集监测,研究了降水与水库的水的氢氧同位素之间的变化特征和规律。结果表明:(1)北碚区大气降水线方程为δD=8.82δ18O+18.97,r=0.99,n=101,P<0.01,δD、δ18O相关性极为显著,该区大气降水线斜率和截距大于全球大气降水线和中国大气降水线,表明研究区主要受西南季风和东南季风双重影响所致;(2)大气降水中δD、δ18O具有明显的季节变化,夏半年偏负,冬半年偏正;(3)大气降水中的δD、δ18O与降水量及温度呈现负相关关系,降水量效应显著,并且该效应远远掩盖了温度效应;(4)水库中水的δD、δ18O具有极好的相关性,其δD、δ18O样点落于全球大气降水线和区域大气降水线附近,并且水库中水d的变化趋势与降水d基本一致,表明前者主要补给来源是降水,而水库中水的δD、δ18O和d的变化幅度远远小于降水,表明前者不仅受降水补给,还受土壤水和地下水的补给。      

南水北调中线降水丰枯遭遇风险分析

受降水丰枯变化不确定性和差异性的影响,南水北调中线工程水源区与受水区降水的丰枯遭遇状态各不相同,给南水北调工程水资源调度运行带来风险。联合copula函数和贝叶斯网络理论,建立了南水北调中线工程水源区和受水区降水丰枯遭遇风险分析模型,对南水北调中线工程调水最不利的丰枯遭遇风险概率进行了研究。利用copula函数建立了水源区和受水区年降水量联合分布函数,计算条件概率,结合贝叶斯网络进行丰枯遭遇风险分析。结果表明南水北调中线4个受水区调水风险的概率均在25%以下,并对不同情景的调水风险进行了仿真分析。     

中国西部降水中δD的初步研究

通过１９９６年夏半年中国西部６个站点降水中δＤ的空间变化特征和与气温变化关系的研究,结果表明,中国西部不同地区降水中δＤ的空间变化很大,青藏高原南部降水中δＤ较低,中国广大的西北内陆地区是降水中δＤ的一个高值区,远高于青藏高原南部地区,其空间变化未遵从“大陆效应”的规律．分析表明,这与中亚腹部干旱的气候条件和大陆内部的局地水汽循环有关．而且在大陆内部降水中δＤ对气温变化的敏感性很强,而在高原南部的季风区,降水中δＤ与气温无明显相关性．     

Regionality of climatic change in East Asia

Regional differences in climatic change are of importance in order to establish the counter-measures for the damage by anomalous climate to agricultural production. It is not unusual for some regions to suffer floods while droughts occur in nearby regions at the same time. This paper deals mainly with the regionality of climatic change in E Asia during recent years, using the year-climate method expressed by the Köppen's system of climatic classification. Occurrence frequencies of BW, BS, Cf, Cw, Dwa, Dwb, and Dwc-type showed striking regionalities, which were obtained from the data at the 134 observatories over E Asia during the period from 1951 to 1970. The distribution of climatic types in each year shows various tendencies: Wet and cold as in 1954 and 1957 shows a pattern in which the boundary between C-type and D-type runs south and the Cfa-zone is broad, extending from middle E China to SW Japan. In contrast, in dry and warm years like 1965, the Dwa regions disappear in the N of E China and the BS region is located just north of the Cwa region, which is distributed broadly from China to Japan. Occurrence frequencies of year climate during the last 100 years were calculated for the 4 stations: Hong Kong, Manila, Shanghai and Tokyo. The results were compared with the distribution types of winter temperature and summer precipitation in China. It seems that the precipitation conditions in summer were reversed between the Philippines and China. Summarizing the results obtained, a schema of the regionality of climatic fluctuation in E and SE Asia was given in relation to the upper air streams. The position of the subtropical jet stream in winter shows a close relationship to the N limit of the Aw and Am year climate regions and in summer with the S limit of Dw region in NE China and North Korea. The Cw and Cf year climate regions in E Asia are located roughly in the regions bounded by the axes of subtropical jet streams in winter and in summer. The Dw year climate region in the E of the Tibetan Plateau reflects the altitudinal effect of the Cw climate of SE China. The N of E China has the variable BS year climate, which may related to the summer and winter jet stream conditions. Finally, the interannual change of the agricultural production index was dealt with in relation to the occurrence frequency of year climate types over E Asia during the years 1967–1970. As far as this period is concerned, the drier conditions are more effective than the wetter conditions in reducing agricultural production.     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显，受全球增暖的影响，西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951-2000年的21个代表站点气温、降水量资料，采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析，找出各分区的变化趋势。结果表明：近50年西北干旱区气温呈上升趋势（0．22℃／10a），1986年后气温明显升高；柴达木盆地和新疆北部升温较大；各季都有增温趋势，贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势（3．2mm／10a），年降水量贡献最大的是夏季；各区降水都有增加，其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高，中间低；降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

青藏高原水汽输送与冰芯中稳定同位素记录*

降水中稳定同位素作为水中的组成成分,与水汽来源的变化存在直接的关系。根据在青藏高原降水中稳定同位素的研究,青藏高原南北降水中δ¹⁸ O和过量氘(d)都存在着显著的空间变化,这种空间变化与西南季风夏季向北推进的位置有关。在时间变化上,青藏高原不同地区降水中δ¹⁸ O和d的季节变化特征也与水汽来源的季节变化有关,而且这种季节变化主要受控于西南季风水汽与西风带输送水汽之间的相互作用,在中国最北端的阿尔泰山区还受到极地气团的影响。由于不同的大气环流造成的水汽来源的差异,青藏高原冰芯中稳定同位素变化也存在空间差异。北部地区冰芯中稳定同位素的年际变化与当地气象站记录显示良好的对应关系,而南部冰芯中稳定同位素的变化与当地气象站降水量在年际变化上显示反相关关系。     

新疆近50a来的气温和蒸发变化

根据77处国家水文、气象站点观测资料,分析了新疆不同地区近50a来气温和蒸发两个气候要素的变化.结果表明,新疆近50a来的气温呈上升趋势,平均增长率为0.27℃·10a^-1.1987年以后的平均气温较1986年以前有明显升高,尤其是北疆西部、北部和东疆地区增幅较大,达0.6～1.6℃.新疆各季平均气温的变幅以冬季为最大,夏季最小,但各季总体上均呈上升趋势.新疆年蒸发量和干旱指数的变化总体呈下降趋势,反映出气候转湿的信号.     

珠峰地区天气气候特征分析

利用珠穆朗玛峰地区北部定日站和西部聂拉木站1971-2009年的月平均气温、月平均最高、最低气温、月降水量、月蒸发量资料,对珠峰地区1971-2009年近39a来气候变化的时空分布特征进行了分析.同时,利用该区域5个自动气象观测站2009年的资料进行了温、压、湿、风等分析.结果表明:1971-2009年珠峰地区气温呈现出明显的上升趋势,尤其是进入21世纪后,增温更为显著,高于同期全球平均温度变化幅度;定日站增幅较聂拉木站明显,且以冬、春两季的气温增长幅度大.位于珠峰的西边略偏北的聂拉木站,迎向暖湿气流,降水丰富,但季节差异很小;定日站的年降水量不到聂拉木站的一半,且夏季降水占到了全年的85%;定日站的年降水量略微呈上升状态,蒸发量下降,两者的变化趋势都不是太明显;聂拉木站的降水量下降趋势比定日站明显,蒸发量略显上升.2009年资料显示,珠峰地区5个站的气温、气压、相对湿度、风速各异,温度、气压与各站的海拔密切相关.     

青藏高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化

基于ERA-Interim逐日4次600 hPa位势高度再分析资料, 以及青藏高原和周边地区75个气象站日平均温度、降水和相对湿度资料, 对高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化进行了分析. 结果表明: 高原近地层及北侧气压系统强度在围绕中心点顺时针运动时不断加强, 逆时针运动时不断减弱. 两气压系统呈明显的跷跷板式变化, 在600 hPa上表现为高度场空间结构沿经向上的调整; 低高压差负值的开始和结束时间与高原季风起讫时间吻合. 高原夏季降水的起讫不仅与高原及北侧气压系统结构密切相关, 而且与高原东南或南部水汽输送条件息息相关.     

华北平原气候时空演变特征

地下水是华北平原主要的供水水源,大气降水入渗补给又是该区地下水的主要补给,因此研究气候时空演变特征对于深入剖析气候变化对其地下水资源的影响具有重要意义。依据中国18个地面气候站1951-2011年逐日气候观测资料,剖析华北平原气候时空演变特征。结果表明:华北平原近60年最低气温显著升高,最高气温基本稳定,平均气温明显升高;空间上呈由西南向东北逐渐降低、由沿海向内陆增高的趋势。降水量总体呈逐渐减少趋势,空间上由山前向滨海逐渐减弱后增强;对比分析典型极端丰枯水年的降水分布特征,不同降水年空间分布差异显著。水面蒸发量整体呈下降趋势,空间上南、北部大于中部。华北平原气候总体向暖干化方向发展,两次突变主要发生在20世纪60年代中期和70年代初。气候变化和人类活动是影响地下水资源的两个重要因素,极端气候则加强了对地下水的影响。因此,定量区分气候变化与人类活动对地下水的影响是有待进一步深入探讨的问题。