云南大气降水中δ18O与气象要素及水汽来源之间的关系

根据云南昆明、腾冲、蒙自三个地区在2009 年1 月至2011 年12 月3 a 间收集的大气降水以及相关气象要素资料,结合欧洲中期数值预报中心以及NCEP/NCAR提供的再分析资料,研究了天气尺度下三个地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度、水汽压等气象要素之间的关系,并分析了δ¹⁸O与高空各气压层（800、700、500、300 hPa）风速的相关关系。结果表明：在天气尺度下,三个地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度、水汽压均存在显著的负相关,表明三个地区大气降水中δ¹⁸O的变化具有显著的降水量效应、反温度效应以及湿度效应;同时,高空各气压层风速与δ¹⁸O之间存在正相关关系,表明高空风速也是影响大气降水中δ¹⁸O变化的一个重要因素。通过拉格朗日后向轨迹模型HYSPLIT 4.8 追踪三个地区水汽输送轨迹发现,三个地区大气降水的水汽来源基本一致,表明三地处在同一条水汽通道上。在湿季降水期间（5-9 月）,水汽主要来源于孟加拉湾、阿拉伯海以及南海等海域,降水中δ¹⁸O偏低;而在干季降水期间（10 月-翌年4月）,水汽主要来源于西风带携带的内陆水汽以及局地水汽再循环,降水中δ¹⁸O偏高。     

西南地区夏季极端降水的水汽来源分析

西南地区地形复杂,极端降水极易形成山洪并引发地质灾害,1998年夏季西南降水达709.3 mm,超出平均降水约23.9%。经使用水汽追踪模型WAM2layers和ERA-Interim再分析资料等大数据追踪西南降水水汽来源,发现西南夏季降水主要有四个源区,分别是西南季风区、西风带区、本地和东南季风区,1998年夏季分别贡献了330.1 mm、110.0 mm、104.8 mm和65.6 mm水汽,约占所追踪降水的52.2%、17.4%、16.6%和10.4%。西南季风区作为最大源区,贡献了超过一半的降水水汽。增加的降水其水汽主要来自西南季风区、西风带区和本地,比平均分别多贡献80.1 mm、29.3 mm和27.1 mm,合占所增加降水的99.9%;其中又以西南季风区贡献占主导。进一步发现,1998年夏季太平洋副高向西南延伸,并在北孟加拉湾和我国南海形成两个高压中心异常,导致西南季风向我国西南地区的水汽输送异常强劲,从而造成西南地区降水异常增多。     

长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

基于长江源区冬克玛底流域2014年5～10月连续采集的73个降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中δD、δ~(18)O及氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ~(18)O与气温、降水量的关系,利用HYSPLIT模型追踪流域降水的水汽来源并估算不同水汽来源对降水量的贡献比例.结果表明:研究区降水中δ~(18)O和δD变化范围分别为-26.5‰～1.9‰和-195.2‰～34.0‰,且δ~(18)O和δD值随时间变化波动较大,与不同来源水汽输送有直接的关系;区域降水线的斜率和截距均大于全球大气降水线,与青藏高原北侧地区的降水线相近;不同降水类型中的δ~(18)O和δD的关系差异显著,主要与水汽来源和形成降水时的气象条件有关;由于受局地蒸发水汽及水汽输送过程影响,流域大气降水d-excess值整体上相对偏大;研究区的降水同位素存在显著的降水量效应,但不存在温度效应,表明降水量对大气降水中稳定同位素含量的控制作用更强;水汽来源轨迹表明,研究区大气降水水汽来源主要有西南季风携带的海洋性水汽、局地蒸发水汽及西风输送水汽,对降水量的贡献比例分别为43%、36%和21%.该研究结果有助于进一步了解长江源头区冬克玛底流域的大气环流特征及水循环过程.     

祁连山北坡中段降水稳定同位素特征及水汽来源分析

依据祁连山北坡中段8个站点的降水样品,结合同期气象数据,从降水同位素特征、影响因素以及水汽来源等方面进行分析,结果表明:①研究区降水稳定同位素季节变化明显,表现为夏半年富集,冬半年贫化的特征;在空间尺度上δ18O值随海拔的升高而减小,年降水δ18O的海拔效应为-0. 19‰/100 m;②各站点的局地大气降水线的斜率和截距表现为随海拔的增加而增加的趋势,表明2 000 m以上的高海拔山区受到更强烈的局地再循环水汽的影响;③研究区降水中稳定同位素温度效应显著,δ18O的温度效应为0. 64‰,且仅在夏季存在微弱的降水量效应;④研究区云下蒸发作用显著.在5、6、7和8月,研究区降水δ18O的平均雨滴蒸发率分别为23%、11%、12%和16%,云下蒸发富集率46%、27%、38%和32%;⑤在夏季连续降雨条件下,研究区降水的水汽来源主要为西风水汽,同时受到局地蒸发水汽的影响.本研究结果有助于进一步了解内陆河水文循环过程,为进一步开展干旱区同位素水文研究奠定基础.     

滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源

大气降水中δD、δ~(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,并利用HYSPLIT_4.8后向轨迹追踪模型,分析了天气尺度下蒙自地区大气降水中δD、δ~(18)O的变化特征,探究了降水稳定同位素与温度、降水量、风速及水汽来源之间的关系.结果表明,蒙自地区降水中δD、δ~(18)O值表现出明显的季节变化,即干季偏高,湿季偏低;降水中δ~(18)O与温度、降水量之间存在显著负相关,但与不同气压层(300、500、700、800 h Pa)风速之间呈现出显著正相关,表明风速也是影响降水中δ~(18)O变化的一个重要因素;随着降雨等级的增加,其大气水线的斜率与截距也增大,说明降水稳定同位素存在一定程度的云底二次蒸发效应;水汽输送轨迹显示,干季降水的水汽主要来自于西风带输送及局地再蒸发水汽,而湿季降水的水汽主要来源于远源海洋水汽的输送,并且在受台风影响期间,降水中δD、δ~(18)O值更加偏负.     

西北内陆区降水稳定同位素时空分布特征及其水汽来源

综合分析西北内陆区97个研究站点的降水稳定同位素数据,并结合相关气象资料,揭示了西北内陆区降水稳定同位素δ¹⁸O、δD和d-excess时空分布特征,明确了海拔、经纬度、温度和降雨量对降水δ¹⁸O的影响;利用水汽通量和HYSPLIT模型追踪了大气降水的水汽来源.同时,根据关键自然地理要素的空间差异将西北内陆区划分为4个子区域,对上述内容分区域进行系统分析和对比.结果表明：(1)西北内陆区降水δ¹⁸O和δD的变化范围分别为-21.20‰～1.70‰和-144.20‰～5.21‰,d-excess波动范围为-20.37‰～46.48‰,δ¹⁸O、δD和d-excess均存在显著的空间变化和季节变化特征,河西内陆区和塔里木地区δ¹⁸O和δD值相对偏正,柴达木-青海湖区和准噶尔-吐哈地区δ¹⁸O和δD偏负.(2)西北内陆区大气降水线方程的斜率和截距均小于中国和全球大气降水线,4个子区域亦低于全球水线,其中塔里木地区斜率最低.(3)西北内陆区海拔效应为-0.04‰·...     

乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比

为了揭示季风边缘区降水中稳定同位素特征及水汽来源,利用2016年10月至2017年10月采集的97个降水样品,采用相关分析和HYSPLIT模型,对乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素的特征、大气水线方程、温度和降水量效应、水汽来源进行了对比分析.结果表明,南坡大气降水线的斜率与截距低于全球大气水线(GMWL)和北坡大气降水线;南、北坡的同位素温度效应和季节效应明显,但北坡的温度效应比南坡更为明显;除北坡夏季和南坡降水量小于5 mm时降水稳定同位素表现出微弱的降水量效应,南、北坡其它季节或其它降水量级均无明显的降水量效应;来自西北和北方的水汽占90%以上,北坡受季风水汽影响极少,南坡夏季会受到东南季风影响,局地水汽再循环对乌鞘岭南、北坡水汽也有贡献.本研究可提高对高寒山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础.     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.     

长沙大气降水中稳定同位素变化及过量氘指示水汽来源

基于2010 年1 月1 日至2012 年5 月31 日长沙日降水同位素资料,对长沙降水中稳定同位素、过量氘(记为d) 的变化特征以及它们与降水、温度和湿度的关系进行了分析。研究发现:①在季风系统下, 降水中稳定同位素、d 均具有明显的季节变化,表现出夏半年的低值与冬半年的高值交替变化的特点;②降水中稳定同位素在不同时段均存在降水量效应和湿度效应,另外,夏半年中表现为反温度效应,冬半年则表现出温度效应;③综合考虑降水中d 和δ¹⁸O 与大气湿度的关系, 可认为影响长沙降水中稳定同位素变化的主要原因与降水的气团性质有关。夏半年中,夏季风盛行,降水的水汽主要来源于西南季风、东南季风所携带的海洋水汽,空气湿度大,d 小,重同位素在水汽输送过程中因不断冷凝而大大贫化,从而降水中δ¹⁸O(δD) 较小;冬半年中,长沙受大陆性气团控制,降水的水汽则主要来源于西风带及当地蒸发,空气湿度小,降水中δ¹⁸O(δD) 以及d 均较高。     

兰州市两场典型降水事件稳定同位素特征及其水汽来源

为了加深对短时间尺度下降水同位素变化规律的认识,利用兰州市2019年夏季典型的长历时弱降水(6月26～27日)和短时强降水(7月28日)事件短时间尺度(10 min和30 min)的连续样品,结合HYSPLIT模型对降水氢氧稳定同位素的变化特征及其机制进行分析.结果表明,降水初始阶段,二次蒸发效应使事件内连续降水的大气水线(SMWL)斜率偏小.连续样点大都分布在GMWL和LMWL上方,且SMWL的截距都大于局地年平均过量氘(8.13),说明降水一定程度上经历了水汽再循环. 6月26～27日连续2 d的降水事件,第1 d的δ¹⁸O呈"L"型变化,第2 d呈波动变化,δ¹⁸O不遵循降雨量效应. 7月28日,δ¹⁸O呈平稳下降趋势,变化范围超过9‰. 6月26日, 500 m高度层水汽输送路径整体较短, 27日以局地水汽蒸发为主. 7月28日降水的水汽来源变化不明显,气团较单一,同位素值无明显波动.因此,对于短时间尺度下的单次降水事件,水汽来源的异同也是降水期间同位素变化的原因之一.     

成都次降水稳定氢氧同位素特征及水汽来源分析

基于对成都地区2016年9月至2017年10月采集的113场次降水样品氢氧同位素的分析,发现大气次降水中δD、δ~(18)O、~(17)O、d-excess和~(17)O-excess有显著的季节性变化,旱季高雨季低,反映了该地区旱、雨两季水汽来源不同;地区大气降水线斜率和截距都偏小,表明成都降水来源于具有不同稳定同位素比率的源地,且雨滴在降落过程中发生了二次蒸发;三氧同位素大气降水线(δ'~(17)O=0. 528 9δ'~(18)O+0. 007 5)斜率介于海洋气团(0. 529)与干空气(0. 518)之间,表明成都地区处于海洋气团向内陆迁移的路径上; d值接近全球平均值,而~(17)O-excess值远较海水大,表明成都的水汽来源由海洋气团主导,且到达该地区的过程中同位素经历了严重的富集; d-excess在旱季出现的极低值可能是受到了人工降雨的影响,~(17)O-excess除了与水汽源地的相对湿度有关外,还会受到上游气团对流作用的影响,此外,成都当地的气象因素对不同季节次降水的~(17)O-excess值有不同程度的影响.     

关中平原降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源

为探究关中平原降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源,本研究选取关中腹地的杨凌站点次降水为研究对象,利用当地2015～2018年间的98场次降水样品及同期气象资料,分析该地区降水氢氧稳定同位素(δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O)组成特征及其影响因素,建立当地大气降水线和三氧同位素大气降水线方程,并利用δ~(18)O、d-excess和~(17)O-excess指标尝试探讨当地可能存在的降水水汽来源,定量描述海洋和内陆源水汽对区域降水的贡献.结果表明,杨凌地区降水氢氧稳定同位素存在明显的季节性变化,同位素组成雨季(5～10月)贫化,旱季(11月～次年4月)富集;当地大气降水线的斜率和截距分别为7.7和9.1,说明研究区降水受到一定程度的蒸发分馏影响;三氧同位素大气降水线斜率为0.528,介于海水平衡分馏斜率(0.529)与水汽扩散斜率(0.518)之间,表明研究区处于海洋气团向内陆干旱区迁移的路径上.综合分析δ~(18)O、d-excess和~(17)O-excess,发现研究区降水受到来自东南季风的暖湿气团和来自西风的干冷气团的共同贡献,其中约有55%～79%的降水水汽来源于海洋,主要集中于6～8月; 21%～45%的水汽来源于内陆和局地蒸发,主要集中于10月～次年4月. 5月和9月降水水汽来源复杂,可能受海洋水汽和内陆水汽的共同补给.     

中国南方地区台风降水贡献分析——以2013年台风降水为例

台风是影响中国南方降水的重要天气系统。依据中央气象台台风观测资料和国家级气象观测站地面降水资料,将泰森多边形计算方法和ArcGis技术相结合,分析了2013年登陆或严重影响中国的台风降水特征,定量评价了其对中国南方地区降水的贡献,以及降水贡献在时空两方面的演变特点。研究结果表明：（1）2013年南方地区台风降水贡献为16.9％,占常年（1981—2010年）淡水（降雨）资源的17.2％。（2）空间分布上,自西向东,从北至南,台风降水贡献增大,东南沿海最大。（3）月度降水贡献呈双峰型,6—8月台风降水贡献逐渐增强,8月达8.3％;9月台风降水贡献陡降,10—11月继续增强,11月为3.2％。通过台风降水贡献的研究,对于更好利用台风降水和科学预防台风灾害具有重要意义。     

塔里木河流域东部降水稳定同位素特征与水汽来源

大气降水中氢氧稳定同位素比率(δ18O和δ2H)的定位监测有助于理解水体相变、混合和输送的过程,南疆塔里木河流域东部气候干旱,水资源是影响可持续发展的关键资源,然而目前对其大气降水中氢氧稳定同位素的认识仍十分有限.基于塔里木河流域东部4个采样点2019年6月～2020年9月采集的103个降水样品,分析了大气降水中氢氧稳...     

中国夏季夜雨的空间分布特征

夜雨作为降水日变化中的特殊现象,是一种独特的气候资源。论文借助2 046 个经质量控制的自动气象站逐小时降水资料分析中国夏季夜雨空间分布特征,并比较分析不同典型夜雨区和非典型夜雨区的降水日变化特征。结果表明:中国夜雨现象站点多且分布较广。降水峰值时间多出现在下午和后半夜,其中东部多发生在下午,西部多发生在后半夜;夜雨现象最明显的区域是青藏高原、四川盆地、云贵高原,此外在山脉及附近区域也普遍存在,北方和西部最明显;而夜雨现象不明显的区域在长江中下游以南区域;中国大部分地区夜间的降水前半夜少于后半夜,而青藏高原东部、四川盆地大部分地区呈现前半夜多于后半夜。地形对降水日变化的主要影响为双日波特征,降水峰值不仅出现在下午,也出现在后半夜;其次,波动性更大。山区夜雨的成因与独特地形的热力差异引起的山谷风环流有关,而下午的峰值与太阳辐射加热大气引起的热对流有关;高原夜雨与山区不同,可能与夏季对流性的积状云比较多有关。