长沙大气水汽、降水中稳定同位素季节变化及与水汽输送关系

基于2010年1月至2012年12月长沙降水事件同位素资料和搭载在Aura卫星上的TES观测仪所反演的2010年3月至2011年12月全球日大气中HDO、H2O资料,对长沙大气水汽、降水中稳定同位素的变化特征以及它们的关系,不同水汽来源及输送强度变化对降水中同位素的影响进行了研究。结果表明:水汽中同位素值随高度增加而贫化,水汽中同位素较降水中同位素大为贫化,降水中同位素为冬春富集、夏秋贫化,水汽中同位素则表现出春夏富集、秋冬贫化,水汽、降水中同位素存在着较大波动。通过对长沙冬、夏季所有降水事件的水汽输送轨迹的分析发现:夏季降水的水汽主要来源于西南季风和东南季风输送的海洋性气团,降水中同位素贫化;冬季降水的水汽主要来源于西风带输送的大陆性气团,降水中同位素富集。另外,长沙2010~2012年夏季的水汽输送通量与降水同位素的关系再次证明环流效应是可信的。     

印度河上游Bagrot山谷降水稳定同位素变化及与水汽来源的关系

利用2015年8月至2016年7月在印度河上游流域Bagrot山谷降水稳定同位素（δ18O和δD）观测结果以及当地气象资料,利用同位素示踪及统计分析方法,并结合HYSPLIT模型,对研究区降水稳定同位素变化特征、大气水线以及水汽来源进行了分析。结果表明,观测期间Bagrot山谷降水稳定同位素的季节变化明显,δ18O与δD秋冬季偏低,春夏季偏高,且与气温变化一致,存在显著的温度效应,而降水量效应不明显。而且发现,研究区局地大气水线截距和斜率均低于全球的,反映了降水过程中云下二次蒸发作用较为强烈,特别是,不同的降水形态导致该研究区局地大气水线的斜率和截距不同。当液态降水（降雨）发生时,由于在较为干旱的气候环境下,雨滴在降落的过程中受到二次蒸发相对较强,使得局地大气水线的斜率和截距偏低;而当固态降水（降雪）发生时,由于温度较低,受再循环水汽和二次蒸发的影响较小,导致局地大气水线的斜率和截距均偏高。Bagrot山谷及其周边地区,从南到北局地大气水线的斜率相差不大,而其截距总体上随着纬度升高而降低,可能与云下二次蒸发导致稳定同位素发生的不平衡分馏逐渐强烈有关。通过Bagrot山谷站点降水稳定同位素观测结果并结合HYSPLIT模型的后向追踪,研究还发现,研究区全年主要受西风环流以及局地环流的影响。但与研究区以北的临近站点（慕士塔格、和田等）相比有所不同,由于Bagrot山谷位置更靠南,其仍然偶尔受到来自南方的海洋性水汽影响。这一研究结果可能对该地区树轮稳定同位素记录的解译具有一定的指示意义。     

水汽来源和环境因子对典型亚热带季风区降水稳定同位素的影响——以湖口地区为例

基于亚热带季风区湖口降水稳定同位素进行高频监测,利用HYSPLIT模型、潜在源贡献因子算法和质量浓度权重轨迹等方法对湖口区降水水汽来源进行分析,研究结果表明：① 湖口地区大气降水同位素组成呈夏季低、春冬季高变化趋势,湖口地区大气降水线斜率（8.19）和截距（12.5）与全球大气水线较为接近,说明整体上该研究区气候环境相对湿润。② 湖口降水同位素组成与降水量、湿度和温度均成显著负相关关系,这表明其具有显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。③ 湖口地区水汽来源主要受东南沿海内陆地区、南海和孟加拉湾源区水汽影响显著,其造成降水同位素值也明显偏小,尤其在夏季和秋季。④ 湖口地区降水同位素组成变化还受锋面天气系统（准静止锋和冷锋）和台风影响,台风降水的水汽来源主要来自中国南海和东海地区,此水汽往内陆输送过程中不断形成降水,此过程中降水重同位素（¹⁸O和²H）不断被冲刷造成其值逐渐变小;受准静止锋面系统影响降水δ¹⁸O值为极小值,这与锋面系统中冷、暖气团相遇造成强烈空气对流活动密切相关;而在冷锋面系统影响下,湖口地区降水δ¹⁸O值和d-excess较大,这与中国南方内陆局地再循环水汽补充有关,该研究结果将为鄱阳湖流域大气环流和水循环过程研究提供科学依据和数据支撑。     

新疆夏季云下二次蒸发对雨滴稳定同位素影响的定量研究

在干旱区,雨滴在云下降落易受到二次蒸发的影响,明确降水从云层底部降落到地面过程中稳定氢氧同位素的变化在同位素水文学研究中很有必要。基于新疆地面气象站逐小时的观测资料,采用改进后的Stewart模型,研究了新疆雨滴云下蒸发剩余比（从云下到近地面雨滴蒸发后剩余体积占原体积的百分率f）、雨滴中δD变化量（△δD）和过量氘变化量（△d）的时空特征,并分析了△d与气象要素的关系。结果表明：（1）新疆降水中△d和蒸发剩余比存在明显的空间差异。（2）当在气温低、相对湿度大、降水强度大、雨滴直径大的情况下,蒸发剩余比较大,△d接近于0,蒸发剩余比与△d间的线性关系明显,斜率较低。不同气象条件下,蒸发剩余比与△d的关系并不固定,利用这一线性关系反推蒸发剩余比应慎重。（3）敏感性分析可以得出,如果各气象站的气温升高2℃,△d降幅为0.26%~3.10%;如果相对湿度升高5%,△d升幅为1.23%~8.34%;如果雨强增大10%,△d升幅为0.06%~0.89%;如果雨滴直径增加0.2 mm,△d升幅为0.98%~8.16%,但雨滴直径增加量大于1.2 mm时,△d变化量趋于稳定。     

亚洲降水中δ18O沿不同水汽输送路径的变化

利用IAEA/WMO全球监测网和青藏高原的监测站,建立了由赤道地区经我国西南水汽通道至长江中下游的南方水汽输送路径、沿西风带自我国西部经华北至日本的北方水汽输送路径以及自南亚穿喜马拉雅山到我国青藏高原的水汽输送路径的取样剖面,比较了三条水汽路径在不同季节降水中啄18O的变化及其与温度、降水量的关系。沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均啄18O的季节差异较小。沿北方水汽路径,郑州以西取样站平均啄18O的季节差均大于郑州以东的取样站。随着经度的增加,降水中平均啄18O的季节差减小。沿高原水汽路径,印度次大陆南部降水中的啄18O相对较高,随着纬度的增加,降水中啄18O逐渐减小。在翻越喜马拉雅山后,由于强烈的洗涤作用,降水中啄18O急剧下降。     

敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源

基于敦煌盆地2012年11月至2013年11月降水氢、氧稳定同位素数据 (δD、δ¹⁸O和d-excess),结合GNIP降水同位素监测资料和HYSPLIT 4模型对降水后向气团传输路径模拟结果,对敦煌盆地降水稳定同位素特征及水汽来源进行研究。结果表明:敦煌盆地降水δD和δ¹⁸O存在明显的季节效应,即降水δD和δ¹⁸O具有夏高冬低的变化特征;同时降水δD和δ¹⁸O表现出显著的温度效应,温度每升高1 ℃,δD增加6.89‰,δ¹⁸O增加0.92‰。敦煌盆地局地大气水线(LMWL)为δD=7.45δ¹⁸O+2.72(R²=0.98),受降水二次蒸发的影响,其斜率和截距均低于全球大气水线(GMWL)。降水d-excess受当地气温和相对湿度的影响,冬半年(11月至次年4月)偏正,夏半年(5-10月)偏负。从全年来看,敦煌盆地降水水汽主要来源于西风输送,冬季和春季受极地气团的影响,夏季部分降水事件受西南季风和局地再循环水汽的影响。     

银川平原降水氢氧稳定同位素时间尺度效应及水汽来源

为揭示银川平原降水稳定同位素的时间尺度效应及水汽来源,采用后向轨迹模型聚类分析法、潜在源贡献分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT)解析水汽来源及潜在蒸发源区.结果表明:(1)银川平原降水氢氧稳定同位素组成存在明显的季节性变化,冬半年降水氢氧稳定同位素组成(-38.6‰±51.6‰和-4.5‰±5.2‰)明显偏...     

台风“海马”对洞庭湖流域降水同位素的影响研究

基于2011年第4号台风“海马”登陆前后洞庭湖流域内长沙降水同位素资料,分析了降水同位素的变化特征以及水汽输送对降水同位素的影响。结果表明：台风“海马”在洞庭湖流域内长沙所形成降水的大气水线的斜率和截距均小于长沙夏季大气水线,这与根据同位素分馏理论做出的推测相吻合。台风天气系统影响下的流域降水δ ¹⁸O值为研究时段内的最低值,即降水同位素被显著贫化,而降水过量氘（deuterium excess,记为d）波动明显要小于其他时段,后者反映了形成台风降水的水汽来源较为单一。研究时段内长沙降水d指示台风降水前、台风降水中两个阶段水汽来源于西太平洋,水汽输送轨迹也印证了降水d所指示的水汽来源情况,如流域台风降水的水汽主要来自前期台风输送至南海北部的西太平洋水汽。台风降水后这一阶段降水中d指示海洋水汽来源的效果降低,其原因在于海洋水汽输送减少、陆地蒸发旺盛以及下落雨滴蒸发强烈所致。     

黄土高原东部夏半年降水稳定同位素特征及水汽来源分析

大气降水氢氧稳定同位素的组成可以指示降水过程的气候环境变化,分析大气降水稳定同位素的变化,对于研究气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本文基于2019年夏半年（4—10月）黄土高原东部8个站点采集的152个降水样本的δ²H和δ¹⁸O的测定,系统分析δ²H和δ¹⁸O的时空分布特征及与气象参数、云下蒸发的关系,并利用HYSPLIT模型分析了水汽来源及运移路径。结果表明：① 研究区夏半年降水δ²H¹和δ¹⁸O存在显著的季节变化,其中5—7月逐渐富集、8—9月逐渐贫化;研究区降水δ²H和δ¹⁸O亦表现出显著的空间差异,整体上呈现由东南向西北逐渐增加的趋势。② 区域大气降水线的结果表明,该区整体上降水受云下蒸发作用较为显著,但位于盆地地区（赵城、阳泉、长治）降水过程受局地内循环影响较明显。③ 该区域降水中δ¹⁸O并未表现出显著温度效应和降水量效应,仅汾河谷地的介休站存在温度效应而介休、临汾站存在降雨量效应。④ 云下蒸发过程对太行山土石山区中部的阳泉站、北部的大同站以及汾河谷地的临汾站影响较为显著,其云底与地表降水的氢氧稳定同位素差异较显著。⑤ 水汽来源分析的结果显示,该区域夏季降水的主要来源为近地及东南方向下的渤海等地,远距离下的西方路径水汽含量占比较小。本文的结果对于增进区域水循环的认识及水资源的合理优化配置具有重要意义。     

西北太平洋台风对西北地区东部降水的影响分析

采用1961—2000年NCEP/NCAR资料、台风路径资料和西北东部48个代表站的降水资料,分析研究了台风与西北东部降水的相互关系。发现台风有利于西北东部降水的产生,敏感区位于河套;在多台风年,副热带高压位置偏北偏弱,西北东部盛行偏南风,有利于降水的产生;在少台风年,副热带高压偏南偏强,西北东部盛行偏北风,不利于降水的产生;台风活动期内,副高会西伸北抬,与西风槽、低涡、切变线共同造成西北东部降水的出现;通过建立台风对西北东部降水影响的天气概念模型,发现在台风活动期内,西北东部多锋面降水天气。     

Comparisons on seasonal and annual variations of δ18O in precipitation

The spatial and temporal variations of stable oxygen isotope in precipitation on different time scales are analyzed according to the data from the IAEA/WMO stations with long survey series in the Northern Hemisphere. Temperature effect is mainly distributed in mid-high latitudes on seasonal scale except for Bamako and Addisababa stations. The δ18O/temperature slope displays the positive correlation against altitude for most of the statistical stations. Amount effect appears primarily in the region south of 30oN and coastal areas. The δ18O/precipitation slope is indirectly proportional to precipitation amount. For some of the sampling stations at mid-high latitudes where their seasonal distribution of precipitation is contrary to that of temperature, coupled with temperature effect, the amount effect appears synchronistically. Either the temperature effect or the amount effect on seasonal scale, there are positive correlations to a certain extent between the annual weighted mean δ18O and the annual mean temperature for almost all the stations. The correlation between composite δ18O and temperature on spatial scale is much more marked, compared with that of individual station. There is a good agreement between 10-year moving average temperature curves I and II, with the values of the former all markedly smaller than corresponding ones of the latter, calculated by the monthly mean series group I and the annual mean series group II, respectively. However, two calculated dδ18O/dT curves display the distinct difference: the variation amplitude of slope series II is larger than that of slope series I. Both curves had similar ascending trend from the 1960s to the 1970s, and then, their variations display the anti-phase. Moreover, the analyses show that there is negative correlation between slope series II and temperature series II. However, the status is different for slope series I and temperature series I. Both series have contrary trend from the 1960s to the 1970s, whereas the same trend since the 1980s.     

Stable isotopes of summer monsoonal precipitation in southern China and the moisture sources evi-dence from δ18O signature

Summer monsoons (South Asian monsoon, South China Sea monsoon and Sub-tropical monsoon) are prominent features of summertime climate over southern China. Dif-ferent monsoons carry different inflow moisture into China and control the temporal and spa-tial distributions of precipitation. Analyses of meteorological data, particularly wind, tempera-ture and pressure anomalies are traditional methods of characterizing moisture sources and transport patterns. Here, we try to utilize the evidence from stable isotopes signatures to trace summer monsoons over southern China. Based on seven CHNIP (Chinese Network of Iso-topes in Precipitation) observatory stations located in southern China, monthly composite precipitation samples have been collected and analyzed for the composition of δ18O during July, 2005. The results indicated that the spatial distributions of δ18O in precipitation could properly portray the moisture sources together with their transport pathways. Moreover, the amount effect, altitude effect, temperature effect and the correlation between δ18O vs. relative humidity were discussed.     

台风水汽稳定同位素组成与天气过程的关系——以2015 年13 号台风“苏迪罗”为例

基于台风“苏迪罗”（1513）影响前后南京实时高频监测的水汽稳定同位素数据,并结合再分析资料、HYSPLIT后向轨迹模型分析了大气水汽δ¹⁸O与天气过程之间的关系以及大气水汽过量氘所指示的水汽来源。结果表明,1）整个台风影响过程水汽δ¹⁸O先保持基本不变后一直下降的趋势,而水汽过量氘则呈现完全相反的变化趋势。2）根据台风“苏迪罗”影响前后南京水汽δ¹⁸O变化特征,将其划分为3个阶段：Ⅰ阶段水汽δ¹⁸O较高与南京地区较为稳定的大气条件相对应,水汽过量氘值较低指示南京地区主要受海洋水汽影响;Ⅱ阶段台风环流及其残压和北方南下冷空气相互作用造成南京地区强降水,水汽凝结和降雨蒸发的共同作用导致水汽δ¹⁸O不断贫化,较高的水汽过量氘表明南京地区主要受海洋和局地混合水汽的影响;Ⅲ阶段可能是中尺度下沉气流导致南京地区极端偏负的δ¹⁸O和高水汽过量氘。     

台风“麦德姆”后海岸横向沙丘年内形态变化的观测

基于2014年第10号强台风“麦德姆”登陆前后一年内不同时间的福建平潭岛长江澳海岸横向沙丘形态高精度观测数据,分析了台风后典型海岸横向沙丘的年内形态变化过程及其特征。结果表明：（1）台风“麦德姆”造成海岸横向沙丘的体积减小、高度降低,其中体积减少了1.3%、丘顶高度最大降低1.43 m,且不同部位的变化程度亦非完全一致。（2）海岸横向沙丘形态在台风“麦德姆”后的一年内主要以体积增加、高度增大为特征,半年内海岸横向沙丘的体积与高度即已超过台风登陆前,丘顶高度最大月均升高0.39 m,沙丘迎风坡基本恢复到台风登陆前状态,背风坡以堆积为主且高度超过台风之前。（3）海岸横向沙丘的形态特征是由丰富的海滩沙源、强劲的常态向岸风、沙丘原形态及植被盖度等因素相互作用的结果,其中丰富的海滩沙源和强劲的常态向岸风是决定性因素,台风对海岸横向沙丘形态的影响应是暂时性的,较长时间尺度而言低频高能的台风对海岸横向沙丘形态的塑造作用相对有限。     

Temporal and spatial variations of δ18O in precipitation of the Yarlung Zangbo River Basin

This paper reveals the temporal and spatial variations of stable isotope in precipita-tion of the Yarlung Zangbo River Basin based on the variations of δ18O in precipitation at four stations (Lhaze, Nugesha, Yangcun and Nuxia) in 2005. The results show that δ18O of pre-cipitation has distinct seasonal changes in the Yarlung Zangbo River Basin. The higher value of δ18O occurs in spring prior to monsoon precipitation, and the lower value occurs during monsoon precipitation. From the spatial variations, with the altitude-effect and rainout process during moisture transport along the Yarlung Zangbo River Valley, 18O of precipitation is gradually depleted. Thus, δ18O of precipitation decreases gradually from the downstream to the upstream, and the lapse rate of δ18O in precipitation is approximately 0.34‰/100m and 0.7‰/100km for the two reasons. During monsoon precipitation, spatial variation of δ18O in precipitation is dominated by the amount effect in the large scale synoptic condition.     

中国西北地区东部雨日的气候特征及其与低空风场的相关性研究

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,分析了雨日数的演变特征。研究发现：200 mm年降水量等值线的两侧存在明显差异,南部半干旱区处于夏季风北部边缘地带,受季风影响,雨日数年际波动大;北部干旱区年雨日数较少且相对稳定。在气旋性风切变辨识算法支持下,本文运用NCEP全球再分析资料风场资料,研究了近50年西北地区东部低空气旋性风切变的演变特征。分析发现,雨日数和低空气旋性风场切变数存在较为显著的正相关,但这种相关性存在明显的季节差异,秋、冬、春3季相关显著,夏季较差。进一步研究发现：水汽条件在雨日数和低空气旋性风切变的关系中起着重要的作用,特别在春、夏两季影响更为明显;秋季青藏高原北部绕流水汽输送带的强弱也直接决定低空气旋性风切变和雨日数的相关性的高低。