中纬度地区混合云中稳定同位素分馏的数学模拟——以乌鲁木齐降水为例

文中介绍的数学模型考虑了混合云中液、固相共存时以及冰面过饱和环境下稳定同位素的动力分馏效应.利用该数学模型,模拟不同冷却条件下稳定同位素的温度效应.在相同的湿度条件下,湿绝热冷却过程中δ18O随温度的变化率小于等压冷却过程.冰面过饱和比S;的增大意味着动力分馏效应的增大.与平衡态过程相比,它的作用使得稳定同位素的综合分馏系数减小,从而使得降水中δ18O随温度的变化趋缓.模拟结果显示,湿绝热冷却过程中大气水线(MWLδD=bδ18O+d)的梯度项b和常数项d均大于等压冷却过程.不同的冰面过饱和比对大气水线的影响是不同的.与冰面过饱和比相比,b和d的大小对云中含水量的变化敏感性较低.模拟结果还显示,乌鲁木齐的降水不是来自海洋水汽的初始凝结.在经历了长途输送之后,乌鲁木齐降水中的稳定同位素成分在很大程度上被衰减.模拟的稳定同位素比率/温度、δD/δ18O曲线分别与乌鲁木齐实测的稳定同位素比率/温度回归线以及大气水线有非常好的一致性.     

中纬度地区混合云中稳定同位素分馏的数学模拟—以乌鲁木齐降水为例(英)

介绍的数学模型考虑了混合云中液、固态共存时以及冰面过饱和环境下稳定同位素的动力分馏效应。利用该数学模型,模拟了不同冷却条件下稳定同位素的温度效应。在相同的湿度条件下,湿绝热冷却过程中δ18O随温度的变化率小于等压冷却过程。冰面过饱和比Si的增大意味着动力分馏效应的增大。与平衡态相比,它的作用使得稳定同位素的综合分馏系数减小,从而使得降水中δ18O随温度的变化趋缓。模拟显示,湿绝热冷却过程中大气水线(MWL:=bδ18o+d)的斜率b和常数d均大于等压冷却过程。全球大气水线位于湿绝热冷却过程和等压冷却过程条件下分别模拟的两条大气水线之间。b和d的大小与Si呈正比。Si愈大,动力分馏效应愈强,b和d也愈大。反之亦然。然而,b和d的大小对云中含水量的变化具有低的敏感性。利用动力分馏模式模拟了乌鲁木齐降水中稳定同位素的变化。模拟的稳定同位素比率-温度以及δD-δ18O曲线分别与乌鲁木齐实测的稳定同位素比率-温度同归线以及大气水线有非常好的一致性。     

中国降水稳定同位素的分布特点及其影响因素

利用IAEA＼WMO＼GNIP的降水稳定同位素资料,分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明,整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异,内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异,显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素（6和过量氘）的季节变化特征明显不同,表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系,发现ENS0与降水稳定同位素有显著的正相关,但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素（stable isotope in precipitation,SIP）的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点,指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响,北方非季风区温度效应起主要作用,交叉地带则两种效应都有影响。     

祁连山中段大冬树山降水稳定同位素的环境意义

为探讨祁连山中段大冬树山降水稳定同位素的环境意义,依据2014年大冬树山垭口站(4146. 8 m)的145个降水样品以及同期气象数据,对研究区降水稳定同位素特征及降水稳定同位素与各局地气象因子的相关关系进行分析。结果表明:(1)研究时段内大冬树山垭口站降水稳定同位素年际波动大,季节变化明显,表现为夏、秋季高,冬、春季低的特征;(2)所有次降水事件中δ18O温度效应显著,温度每升高1℃,δ18O增加0. 62‰,而降水量效应不明显,仅在夏季降水事件中δ18O存在微弱的降水量效应,表明研究区温度是降水稳定同位素演化的主要因素;(3)研究区δ18O和d-excess与平均气压都呈显著正相关,表明云下二次蒸发对降水稳定同位素的影响显著。研究结果有助于进一步了解祁连山内陆河流域同位素水文过程。     

降落雨滴中稳定同位素比率变化的数学模拟

根据扩散定律和热量平衡理论,运用云物理学模式,对降落雨滴中稳定同位素比率的变化进行了数值模拟,发现降落雨滴中稳定同位素比率的变化除受湿度条件的影响外,还受大气水汽中稳定同位素比率的影响。在非饱和大气中,受蒸发过程的影响,降落雨滴中稳定同位素比率随降落距离而不断增大,空气湿度越小,增大幅度越明显。平均而言,大气湿度与ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ和Ｅｘｄ呈正比。ｄδＤ／ｄδ１８Ｏ以８为渐近线,Ｅｘｄ则在高湿和较大半径条件下逐渐趋近于一个常数;在饱和大气中,半径较小的雨滴或在湿度较高的环境中,雨滴中稳定同位素达到平衡的时间较短。反之,达到平衡的时间较长。     

湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽来源的关系

以湛江降水为研究对象,利用收集的2019年汛期68个降水样品及同期气象资料,采用同位素示踪技术,结合HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式溯源,分析了湛江地区汛期降水稳定同位素的变化与水汽源地的关系,并对5个代表性的降水个例进行了诊断分析。结果表明:1)湛江地区汛期局部降水线为δD=8.02318O-0.703 7,R2=0.954,n=68;前汛期季风带来西太平洋的水汽,18O含量丰富;后汛期降雨主要取决于局部大气环流,一定程度受云下二次分馏影响,δD和18O偏低。2)前汛期西南季风爆发前,湛江降水的水汽主要源于副热带高压外围东南气流输送的西太平洋水汽,西南季风爆发后,南海、孟加拉湾为其水汽源地;后汛期热带系统带来的降水,南海、孟加拉湾为主要水汽源地;非热带系统带来的降水,孟加拉湾为主要水汽源地。     

中国东部地区大气水汽稳定同位素的影响因子追踪研究

大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂,可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区,局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征,但是近期研究表明,水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此,本文基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星遥感观测的大气水汽稳定氘同位素数据(数值表示为千分差,δD),针对前人研究较少的中国东部石笋氧同位素区域,进行水汽源地追踪,并在季节和年际尺度上分析水汽δD的主要影响因素。结果表明,在季节尺度上,水汽δD在夏末秋初较低,冬春季较高,这种特征与局地气象因子、水汽源地贡献的关系较弱,水汽输送路径上的累积降水是影响水汽δD季节变化的主要因素,两者为显著的负相关关系。在年际尺度上,厄尔尼诺(El Nino)年夏季中国东部水汽δD较高,拉尼娜(La Nina)年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)不同位相的变化较小,而水汽输送路径上的累积降水在La Nina年较之El Nino年偏多,表明La Nina年热带对流活动和水汽输送过程的贫化作用更强,导致目标区域的水汽δD更低。因此,代表热带对流活动的累积降水是水汽δD季节和年际变化的主要影响因素,热带对流活动增强(减弱)将降低(增加)目标区域的水汽δD。     

暖季极端降水与温度的关系研究——以安徽省为例

围绕1998~2014年间安徽省极端降水事件,展开了不同时间尺度暖季极端降水与温度的关系研究。结果表明,从年际尺度上看,极端降水强度和极端降水频数与气温和温度日较差的相关关系呈现南负北正的反向特征,尤以北部的正相关最显著。定量结果表明,安徽省区域平均的暖季极端降水频数和极端降水量对升温的变化百分率分别为13.7%/°C和0.03%/°C。从日(小时)尺度上看,气温低于25°C时,随着气温的升高极端降水量增加,且基本遵循一倍(二倍)的Clausius-Clapeyron变率。但在气温高于25°C时,随着温度的升高,日和小时极端降水量出现不同程度的下降,尤以前者减少的最显著。进一步比较不同小时尺度极端降水与气温关系发现,随着时间尺度的增长,气温增长后极端降水量下降的关系变得尤为明显。这可能与单日内极端降水在偏高温时以短时降水为主有关。     

体感温度对夏季气象负荷率变化的影响研究——以湖北省黄石市为例

本文以黄石市2007-2013年逐日电力负荷为研究对象,利用同期气象资料计算体感温度数据及舒适度等级,并以此对电力负荷进行分解,进而讨论体感温度对夏季气象负荷率变化的影响。结果表明:(1)利用体感温度及舒适度等级可对电力负荷进行更精细的分解,且体感温度同气象负荷率具有最高关联度;(2)研究时段内黄石市逐日最大电力负荷总体呈线性增长,但2008年金融危机期间电力负荷呈下降趋势;(3)2010年之前,工作日的气象负荷率高于节假日,但自2011年起,该现象出现反转,且差值逐渐增大;(4)研究时段内,体感温度高于22.9℃(工作日)或21.5℃(节假日)时,即会产生敏感负荷,而体感温度升高1℃最多可引起6%的气象负荷率增加。     

秋冬季大气混合污染对南京地区地表微气象学特征的影响分析——以2018年为例

利用江苏南京长三角大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站（SORPES）的多要素集成观测数据,分析了2018年11月27日至12月3日期间在远距离沙尘输送和本地人为排放的综合影响下,大气混合污染对该地区地表微气象要素及能量平衡特征的影响。在此基础上,利用合成分析对比了南京地区秋冬季不同污染状况下地表气象要素和能量分配的响应特征。结果表明,污染天的日间气温比清洁天下降约1℃,而夜间气温升高达2℃。污染天向下/向上短波辐射通量减少的幅度高达清洁天同比的48.8%和55.2%,而夜间向下/向上长波辐射通量增幅则达到清洁天的15%和5.1%。清洁天日间净辐射较污染天高出45.6%,日间地表感热通量较污染天高出75.5%,而地表潜热通量的差异相对较小。污染天夜间平均波文比大于清洁天,表明夜间感热交换更强烈。该研究有助于深入认识长三角城市群区不同来源、不同性质的大气污染物对地表能量平衡和局地气象要素的影响过程和机制,为城市群区空气污染与气象条件的相互作用以及空气质量预报和相应的防治对策提供科学依据。     

人为气溶胶对地形云降水的影响:以黄山地区为例

选取黄山站为高山站,周围黄山区、绩溪、黄山市三个低海拔高度站为对比站,比较高山站与对比站1960—2009年降水量差值,即地形影响因子R0的变化趋势,以及同期能见度的变化,分析了人为气溶胶对黄山地形云降水的可能影响。结果表明,1960—1979年能见度下降,气溶胶含量增大,R0升高;1980—1989年,能见度升高,气溶胶含量有下降趋势,不同对比站R0变化趋势不同;1990—2009年,能见度下降,气溶胶含量升高,R0显著下降。气溶胶对降水的影响作用与背景气溶胶浓度有关,背景气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度可促进降水;背景气溶胶浓度较高时,增加气溶胶含量对降水抑制作用显著,对应的能见度阈值为10km。当气溶胶对降水起抑制作用时,抑制作用与风速成反比,与风频和各风向平均降水量呈显著正相关。     

基于RS和GIS的黄河故道地区土地沙质贫瘠化评价——以河南省中牟县为例

土地沙质贫瘠化是土地沙漠化在黄河故道地区的典型表现形式,对该区域的生态环境和人类可持续发展构成了巨大威胁。利用Landsat TM数据,在遥感与地理信息建模技术支持下,构建了像元为尺度的土地沙质贫瘠化定量化评价模型。通过对模型中的植被盖度、地表温度和裸沙占地百分比等3个关键因子的遥感反演,可实现对研究区土地沙质贫瘠化程...