长江流域大气降水中δ^18O变化与水汽来源

根据GNIP所提供的长江流域多年月平均降水中δD、δ^18O料以及NOAA-CIRES提供的NCEP/NCAR再分析资料,研究了长江流域降水稳定同位素与降水量、水汽压、温度和水汽来源之间的关系。结果表明：在平均季节尺度下,长江流域大气降水中δ^18O降水量、水汽压和温度均存在显著的负相关关系,说明该流域降水中δ^18O...     

由TES反演的大气水汽中δD的时空分布特征

水汽在大气中的输送具有空间上和时间上的连续性.利用水汽同位素可以更全面地分析水汽的来源、路径、水循环中各分量的再分配和补给形式,更深入地了解水循环中各种空间和时间尺度下水汽的连续变化特征和历史.本研究利用对流层发射光谱仪(TES)反演的825-100 hPa层间7个等压面上HDO和H2O数据分析了对流层不同层次大气水汽中δD的时空分布规律以及水汽中δD与大气湿度、大气温度的关系,探讨了水汽同位素与降水同位素的关系以及大尺度水循环过程对水汽同位素的可能影响.结果显示,在空间分布上,对流层大气中水汽δD具有非常明显的带状分布,水汽中δD的分布与可降水量的分布存在很好的对应关系;水汽中δD随垂直气压呈对数型递减,平均递减率由赤道向高纬度减小、陆地向海洋减小.在时间变化上,大气水汽中δD的季节变化存在地域性差别.在中低纬度陆地,水汽中δD的季节变化明显,且与可降水量的季节变化相对应;在中高纬度的许多地区,夏季水汽中δD小于冬季.对流层水汽中δD的空间分布和季节变化具有一致性特点,上对流层和下平流层间水汽中δD的空间分布和季节性变化特点与对流层相反.对流层大气水汽中的δD与层间平均温度和可降水量的相关关系具有相似的分布形势.与降水中的稳定同位素相比,水汽中的稳定同位素在空间分布、季节变化、与温度和湿度的关系上存在某些差异,反映二者在受稳定同位素分馏的影响和水循环中大气环流类型的影响方面存在明显差别.     

长江流域大气降水中δ^18O变化与水汽来源

根据GNIP所提供的长江流域多年月平均降水中δD、δ^18O料以及NOAA-CIRES提供的NCEP/NCAR再分析资料,研究了长江流域降水稳定同位素与降水量、水汽压、温度和水汽来源之间的关系。结果表明：在平均季节尺度下,长江流域大气降水中δ^18O降水量、水汽压和温度均存在显著的负相关关系,说明该流域降水中δ^18O化存在显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。基于降水中过量氘示踪水汽来源原理,分析了中国长江流域季风区降水中过量氘与阿拉伯海、孟加拉湾和南印度洋3个海区相对湿度的关系,表明中国长江流域的水汽主要来源于上述3个海区,而昆明和成都可能受到其他水汽作用,使其与水汽源区的相对湿度呈正相变化。     

四川盆地与关中盆地春夏季大气降水氧同位素特征及意义

利用四川、关中盆地大气降水稳定同位素观测资料,通过计算、对比分析了两盆地内部降水稳定同位素春夏季节的变化特征.结果表明:两地降水稳定同位素在季节尺度上都具有显著的季节性变化;大气降水δ¹⁸O值与温度、降水量的相关性及变化趋势表明温度及降水量都不是两盆地内春、夏季上控制降水中稳定同位素变化的主要因素;两地春夏季大气降水线及其斜率、截距的异同,可以反映出两地局地气候特点及降水水汽来源的不同.降水水汽的来源是影响两盆地大气降水稳定同位素变化的主要因素,同时地理因素在季节上对地区降水水汽输送路径的影响改变了局地降水稳定同位素的组成.     

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 Ni?o）年夏季中国东部水汽δD较高,拉尼娜（La Ni?a）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 Ni?a年较之El Ni?o年偏多,表明La Ni?a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...     

青海湖高寒湿地生态系统生长季大气水汽氢氧稳定同位素特征

基于对植物生长季大气水汽氢氧稳定同位素组成(δ~(18)O、δD)的原位连续观测数据,研究了青海湖高寒湿地生态系统大气水汽氢氧稳定同位素特征以及大气水汽δ~(18)O与主要环境因子的相关关系。结果显示:大气水汽中δ~(18)O和δD在0.5 m和1.5 m以及0.9 m和1.9 m之间差异性都很小,且季节变化趋势都表现为生长季中期低,前期和后期高。降水量、温度、相对湿度、蒸散和净辐射都是影响大气水汽δ~(18)O变化的重要环境因子,且各环境因子之间存在相互联系协同作用的关系。受研究区环境因子、大气水汽来源以及青海湖蒸发水汽的影响,表征当地大气水汽δ~(18)O和δD相关关系的大气水汽线方程MVL偏离全球大气降水线方程GMWL。     

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.     

喜马拉雅山南坡冬季暴雪对高原南部冰芯中稳定同位素记录的影响

聂拉木气象站降水中 δ18O的变化表明 ,夏季降水中 δ18O为一低值阶段 ;冬季降水中 δ18O总的来说为一高值阶段 ,但冬季暴风雪中δ18O的值和夏季强的季风活动中降水的δ18O一样很低。由于该地区冬季降水十分活跃 ,冬季降水中 δ18O的变化对该地区冰芯记录将产生重要的影响。首先是用δ18O的季节变化来对冰芯定年产生一定的困难 ,其次喜马拉雅山中段冰芯中的δ18O记录不仅包括了夏季季风活动的强弱信息 ,而且冬季强的暴风雪过程也记录在内。     

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。     

中国不同水体中δD与δ~(18)O研究进展

水体中氢氧稳定同位素对环境变化十分敏感,水汽蒸发、凝结至雨滴降落过程中,δD和δ18 O的变化与水汽来源及周围气象要素(温度、降水量、相对湿度等)之间存在密切的联系。研究不同水体中δD和δ18 O的时空分布特征可以探讨大气环流特征及全球和局地水循环机制,也可以为古气候、古环境的定量恢复与重建提供新依据,具有重要的应用意义。本文对中国不同水体中δD和δ18 O的研究进展进行综述,总结国内关于氢氧稳定同位素方面的研究进展和研究方法,探讨了其学科交叉与应用价值,并基于氢氧稳定同位素研究现状展望了未来研究的重点方向,以期为相关研究提供参考。     

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

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。     

ENSO对中国冬半年降水影响的不对称性及机制分析

利用1979—2010年观测和再分析资料,诊断分析ENSO对中国华南冬半年降水的影响及其机制。结果表明,在El Ni?o冬半年期间,东亚沿岸上空对流层低层南风的增强导致了水汽输送明显偏多,水汽在华南辐合,使得大气可降水量和比湿增加,降水显著偏多。而在La Ni?a冬半年期间,这些大气要素并没有呈现显著的相反变化,负异常的量值很弱并在统计上不显著。通过进一步分析El Ni?o和La Ni?a冬半年期间季节内振荡的特点,给出一种华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的物理解释。El Ni?o期间,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡不活跃,与El Ni?o相联系的西北太平洋反气旋性环流异常造成的水汽输送以及水汽辐合在华南能够稳定维持,致使华南降水明显偏多。但在La Ni?a冬半年期间,季节内振荡很活跃,与La Ni?a相联系的西北太平洋气旋性环流异常受到季节内时间尺度的扰动影响,ENSO的年际变化信号被季节内振荡破坏,使得西北太平洋和华南的年际异常信号不能得到稳定维持,导致与ENSO信号相联系的年际变化在统计上不显著。因此,热带西太平洋到南海地区的季节内振荡强度在El Ni?o和La Ni?a冬半年期间的差异,是华南冬半年降水对ENSO信号不对称响应的一个主要原因。      

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。     

海陆分布和地形对大气垂直环流影响的诊断研究

本文利用GFDL10年平均的气候资料,分析了海陆分布和地形对大气中经圈和纬圈垂直环流的影响。文中提出了用运动学方法分别在P和σ坐标系中计算大气垂直运动ω或W的新方法。讨论了欧亚非洲季风的垂直环流特征,并与非季风区相应垂直环流围进行了比较。结果表明,在具有明显南北向海陆差异的经度上（如欧亚大陆所在处）,垂直的季风经圈环流具有较大的强度,且有明显的季节变化。而在只有海洋的经度上,垂直经圈环流较弱,季节变化不明显。在纬圈方向,垂直环流圈在海陆差异较大的北半球中高纬度带也比海陆差异较小的低纬和赤道地区复杂得多。地形的作用迭加于海陆热力差异的作用之上,加强了地形区和自由大气间的热力差异,使青藏高原和落基山脉所在的经度带内的垂直环流圈变得更加复杂,季节变化更明显。     

全球大气垂直环流间的相关分析

利用三维分解方案对全球大气环流进行分解,得到全球大气垂直环流分量,计算各大气垂直环流活动中心之间以及赤道中太平洋大气垂直环流与全球大气垂直环流的相关系数,分析表明,全球大气垂直环流活动中心的季节变化具有明显的一致性,南半球热带垂直环流和亚洲季风环流关系密切;赤道中太平洋地区纬向垂直环流与热带大气经向垂直环流有较强的同步变化特征,与青藏高原上空大气纬向环流关系密切     

ENSO对中国南方降水低频变率的可能影响

利用1979—2012年Hadley中心海表温度、中国2 474个台站逐日降水和NCEP/NCAR全球再分析资料,分析了不同类型ENSO事件秋冬季和次年春季中国南方地区10~30 d降水低频变率的变化特征。结果表明,中国南方地区10~30 d降水低频变率对不同类型ENSO事件的响应存在显著的季节差异。EP型El Ni1o的冬季和次年春季,低频降水变率显著增强; CP型El Ni1o秋冬季低频降水强度呈现相反的异常,秋季低频降水偏弱,而冬季则偏强; La Ni1a事件期间中国南方低频降水变率的变化较小且不稳定。进一步分析发现,ENSO对南方地区10~30 d低频降水变率的影响与西北太平洋地区季节平均大气环流背景场对ENSO的响应密切相关。相比正常年份,EP型El Ni1o冬春季菲律宾反气旋性异常环流的强度较强且范围较大,其西侧的异常西南风向中国南方地区输送了大量水汽,从而有利于低频降水的增强; CP型El Ni1o年秋季西北太平洋表现为气旋性环流异常,抑制了热带水汽向东亚大陆的输送,而冬季却产生了与EP型El Ni1o年类似的异常反气旋环流,只是强度有所减弱,因此中国南方地区低频降水强度在秋冬季呈相反异常。La Ni1a年菲律宾附近虽然存在气旋性环流异常,但强度较弱,因而我国南方地区低频降水变率的响应也较弱。     

黑云杉林大气CO2稳定同位素组成δ13 C,δ18 O的分析

研究CO2稳定同位素特征可以揭示光合、呼吸作用等众多信息，从而有助于了解生态系统与环境之间的碳循环过程。利用大气CO2浓度及其稳定同位素的测定资料，分析稳定同位素比δ^13Cδ^18O，发现两者具有相似的时空分布特征。主要表现在δ^13C和δ^18O在冠层内具有明显的垂直变化趋势，冠层上部重同位素含量较高，而底部含量较低。从时间变化看，δ^13Cδ^18O在午后到日落具有较高的水平，而凌晨，δ^13Cδ^18O较低。运用Keeling图法分析δ^13Cδ^18O和CO2浓度的关系，发现δ^13C，值主要受光合和呼吸作用影响，与CO2浓度的高低密切相关；而δ^18O的变化比较复杂，因为δ^18O除受光合、呼吸强度影响外，还取决于环境空气湿度。     

两个典型ENSO季节演变模态及其与我国东部降水的联系

本文根据1950~2014年月平均海温和大气环流资料以及中国160站降水等资料,利用扩展经验正交函数（EEOF）分析、相关分析以及合成分析等方法,分析了太平洋海温季节演变的主导模态,并探讨了各模态与中国东部降水和东亚环流季节变异的关系及其联系的物理过程。结果表明,ENSO（El Ni?o/Southern Oscillation）季节演变存在2个主导模态,包含4种类型:El Ni?o持续型、La Ni?a持续型、La Ni?a转El Ni?o型和El Ni?o转La Ni?a型。发现不同模态和类型的ENSO季节变化过程我国东部降水距平的分布和强度都有明显差异。El Ni?o持续型和El Ni?o转La Ni?a型,冬春季和初夏均处在El Ni?o背景下,降水异常分布存在一定共性,但盛夏和秋季分别受El Ni?o和La Ni?a影响,降水异常分布差异十分明显,前者雨带北跳慢、位置偏南而后者雨带北跳快、位置偏北。La Ni?a持续型和La Ni?a转El Ni?o型也是如此,冬春季和初夏降水异常分布大致相似,但盛夏和秋季分别受La Ni?a和El Ni?o影响,前者雨带北跳快、位置偏北而后者雨带北跳慢、位置偏南。因此,利用ENSO做我国降水的气候预测时,不能只着眼于前期冬季El Ni?o或La Ni?a事件,还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。对他们之间联系的物理过程分析表明,不同ENSO季节演变模态和类型主要通过影响西太平洋副热带高压以及西风带经向型/纬向型环流调整及伴随的低纬暖湿水汽输送以及中高纬冷空气活动变化来影响我国东部降水。其中,西太平洋菲律宾群岛附近异常反气旋（或气旋）、赤道Walker环流和北半球Hadley环流分别是联系ENSO与西太平洋副热带高压活动和东亚西风带经向型/纬向型环流的重要环节。