长沙地区近地面水汽中氢氧稳定同位素的变化特征

基于在长沙地区2014年10月—2015年10月监测的近地面水汽中氢氧稳定同位素组成(δv)及相关气象要素,对水汽中氢氧稳定同位素的变化特征、影响因素及与降水中稳定同位素(δp)的相互关系进行了分析.结果表明:大气水汽中氢氧稳定同位素存在显著的季节变化和日变化,冬、春季值高于夏、秋季值,夜晚值高于白天值.δv~(18)O的季节变化与大尺度水汽输送的季节性变化有关,日变化则与地表蒸散发、大气湍流等局地气象条件有关.通过对δv~(18)O的平衡模拟发现,水汽中和降水中稳定同位素在暖季处于或接近平衡状态,在冷季处于非平衡状态.不同季节的大气水汽线和大气水线具有一定程度的相似性,两者的斜率均为暖季大于冷季;受下垫面新降水蒸发的影响,降水日大气水汽线的斜率和截距相对于无降水日均有增加,暖季分别增加0.11和3.52‰,冷季分别增加0.07和0.14‰.     

湘江流域岳麓山周边地区不同水体中氢氧稳定同位素特征及相互关系

不同水体中稳定同位素的差异性组成对认识区域水文过程,如水体的补给机制、不同水体间的相互作用具有重要意义。论文基于2010—2013年湘江流域岳麓山周边地区降水、地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O的逐日数据及相关气象资料,分析了不同水体中稳定同位素的组成,揭示了不同水稳定同位素间的相互作用关系。结果表明：地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O对日降水中δD和δ¹⁸O的响应存在时滞,地表水和浅层土壤水的滞后时间较短,地下水的滞后时间较长;在天气尺度下,降水中δD和δ¹⁸O存在很好的线性关系,二者的相关系数达0.98;地表水、浅层土壤水和地下水中δD和δ¹⁸O的线性相关系数分别为0.95、0.90和0.90,均超过0.001的信度;在δD-δ¹⁸O关系中,地表水水线（SWL）、浅层土壤水水线（SSWL）和地下水水线（GWL）的斜率及截距都小于长沙大气水线（LMWL）,表明降水是区域地表水、浅层土壤水和地下水的主要补给水源,且在补给过程中,存在一定程度的蒸发,同时与其他水体存在混合交换作用;在季节尺度下,同一水体的水线斜率与截距具有正比关系,即斜率越大,截距越大;但LMWL斜率和截距的关系存在季节和年际的差异;对比同一类水线旱雨季的斜率,仅有LMWL的斜率旱季小于雨季,反映出旱季干燥的大气条件下,降落雨滴云下二次蒸发强烈的特点。     

我国大气降水中δ18O变化的多气象因子分析及分区研究

分析了我国29个GNIP站1961—2015年逐月降水中δ~(18)O与局地气象要素(近地面的气温、降水量和大气可降水量、外向长波辐射以及500 hPa高度的风速)和大尺度环流因子(Nino 4区海表温度距平及南方涛动指数)的关系,并基于层次聚类分析和逐步回归分析方法,讨论了我国降水中δ~(18)O的分区,计算了区内降水中δ~(18)O依各气象因子的回归方程.结果表明,秦岭-淮河一线南北两侧站点降水中δ~(18)O与气象因子之间的关系差异显著,是我国的一条重要的降水稳定同位素环境效应分界线.我国降水中δ~(18)O可以分为3个区域,即北部区(包括西北和东北地区)、中部过渡区(含华北及青藏地区)和南部区,其中北部区和中部过渡区的分界线大致与我国西北地区和北方地区的分界线吻合,中部过渡区与南部区大体与我国北方地区和南方地区的分界线相一致.不同地区控制降水中δ~(18)O的气象因子存在差异:北部区为温度,中部过渡区为温度、500 hPa高度风速以及外向长波辐射,南部区是500 hPa高度的风速.研究结果对于认识我国大气降水中稳定同位素空间分布的特征及其内在机制具有重要意义.     

降水稳定同位素比率时间变化的iAWBM模拟

进行降水中稳定同位素比率时间变化的i AWBM模拟和比较,有助于评估模式在不同区域的适用性,改善对水循环过程中水稳定同位素变化规律的认识.本文利用i AWBM的模拟数据,分析了GNIP代表站降水中δ18O的时间变化特征、降水中δ18O与温度和降水量之间的关系、区域大气水线,并将模拟结果与实测结果进行了比较.结果表明,9个GNIP代表站的降水同位素在不同季节的变化特点均能被模拟出;各代表站模拟与实测的降水同位素长时间序列之间的相关系数达到显著的信度(p0.001),均方根误差在一个合理的估计范围;i AWBM很好地再现了出现在维也纳、雅库茨克和渥太华站的显著温度效应,出现在香港、波哥大、昆明、哈拉雷和拉罗汤加岛站的降水量效应,以及出现在曼谷站的温度效应和降水量效应共存的特点;模拟的不同气候条件下的区域大气水线与实际大气水线相近.说明i AWBM具有模拟不同气候区降水中稳定同位素时间变化的能力.     

洞庭湖流域生长季气象特旱对植被覆盖的影响

基于洞庭湖流域2000～2017年97个气象站点的综合气象干旱指数(CI)和MODIS增强型植被指数(EVI)资料,结合植被类型数据,采用最大值合成、相关分析等方法,分析了近18年来洞庭湖流域生长季(4～10月)植被(自然和人工植被)EVI与特旱强度的时空变化特征,探讨了自然植被和人工植被对特旱响应的敏感性。结果表明:在年际变化上,自然植被和人工植被区域的特旱强度最大值和EVI的最小值均出现在2011年;在季节变化上,生长季特旱强度分布为秋夏春季,自然植被EVI值明显高于人工植被,季节分布均为夏春秋季;比较而言,人工植被对特旱的敏感性高于自然植被,但两类植被对特旱的敏感性均随植被生长阶段而变化,其中两种植被EVI与特旱强度之间的最显著相关性均出现在8月;特旱强度和EVI能够很好地反映2011年春旱和夏秋连旱的时空变化过程。     

降水稳定同位素的iAWBM模拟及其与GNIP实测值的比较

利用iAWBM的模拟数据,分析了全球降水中平均δ~(18)O、δ~(18)O季节差、降水量效应和温度效应的空间分布以及全球大气水线(MWL),模拟结果与GNIP监测数据进行了比较.结果表明,iAWBM的模拟很好地再现了全球降水中稳定同位素的纬度效应、大陆效应和高度效应;模拟的δ~(18)O季节差的空间分布与实际分布基本对应,在北半球低纬度地区,δ~(18)O的季节差主要表现为负值,而在高纬度大陆地区主要表现为正值;模拟的δ~(18)O的降水量效应主要出现在中低纬度的海洋和季风区,温度效应主要出现在中高纬度的内陆地区,这与实测结果吻合;模拟的全球MWL为δ~2H=7.93δ~(18)O+10.19,该方程的斜率和截距均与实测结果相近.     

洞庭湖流域近54 a来冬季降水及其异常环流特征分析

基于洞庭湖流域96个气象站点1961~2015年逐月降水数据和美国NCEP/NCAR再分析数据,对洞庭湖流域近54 a来冬季降水的时空变化特征和典型冬涝、冬旱年的大气环流及水汽输送形势进行分析,并讨论逐年冬季降水与同期欧亚环流指数(EUCI)、可降水量和水汽通量散度的关系。结果表明:近54 a,流域冬季降水存在明显的年际和年代际变化特征,具体表现为20世纪60年代和70年代降水偏少,80年代降水开始增多,其后期至90年代中后期降水偏多明显,进入21世纪以来降水又呈波动减少的趋势。此外,流域冬季平均降水量和冬季降水标准差均呈现由南向北、由东向西递减的空间分布特征。从大气环流和水汽输送形势来看,典型冬涝年和冬旱年的空间分布大致相反,表明流域冬季异常降水是与大尺度环流形势的异常密切关联的。计算发现,逐年冬季可降水量、水汽通量散度和欧亚环流指数与流域冬季降水均具有较好的关系,相关系数分别达到0.43、-0.68、-0.53,通过0.01的信度检验。     

长沙近地面水汽中稳定同位素的监测与分析

根据长沙地区于2014年11月12日~2015年4月13日监测的大气水汽中δ18O和δ2H及观测的气象要素,分析了长沙近地面水汽中δ18O和δ2H变化特征以及与温度、绝对湿度、降水量的关系.结果表明:1长沙大气水汽中δ18O和δ2H季节变化显著,在冬季表现为高值.冬季大气水汽中δ18O和δ2H与绝对湿度存在正相关关系.δ18O和δ2H在监测期间存在较大波动,尤其是有降水事件发生时.降水事件对长沙大气水汽中δ18O和δ2H的变化影响显著,水汽稳定同位素的低值与降水事件有关.2不同天气条件下长沙大气水汽中δ18O和δ2H的日变化实质上与绝对湿度有关,而绝对湿度的大小又主要受控于局地的蒸散发和大气湍流的强度.单次降水过程中大气水汽δ18O和δ2H存在显著的类似于降水中稳定同位素的"降雨量效应".3长沙大气水汽中δ18O和δ2H总是低于降水中δ18O和δ2H,逐日变化基本一致,它们之间的平均差值分别为8.6‰和66.82‰.4长沙冬半年大气水汽线方程为δ2H=7.18δ18O+10.58,水汽线的斜率和截距总是小于同时段大气水线的斜率和截距,春季水汽线的斜率和截距明显高于冬季水汽线的斜率和截距.