东江下游大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

大气降水是水循环系统的主要输入源,其氢、氧稳定同位素组成(δD、δ~(18)O)受区域气象、地理等因素变化影响较大,可以对环境变化做出快速、及时的响应,是研究全球和局地水循环特征的重要技术手段。东江流域地处我国珠江三角洲,季风环流通过影响水汽输送场的分布控制降水的时空分配。为研究区域降水成因及机理,本文采集并测定东江流域下游地区2017年逐日降水样品中δD、δ~(18)O,以月为研究时间尺度,分析其与气温、降水量之间的关系;利用HYSPLIT后向轨迹模式追踪降水气团的传输路径,进一步探讨区域降水的水汽来源及输送状况。结果表明,研究期间降水样品中δD的变化范围为-105.10‰～+9.98‰,雨量加权平均值为-57.88‰;δ~(18)O的变化范围为-14.80‰～-0.55‰,雨量加权平均值为-8.61‰,局地大气降水线为δD=8.60δ~(18)O+16.15(R~2=0.99)。月尺度下δ~(18)O最高值出现在1月份,为-3.47‰,最低值出现在8月份,为-10.17‰。δ~(18)O与气温、降水量均呈显著负相关关系,表现"反温度效应"和"降水量效应"。太平洋水汽带来的降水δ~(18)O、δD偏高,印度洋水汽带来的降水δ~(18)O、δD偏低,而南海降水气团中δ~(18)O、δD则随季节的不同而改变,表现为夏、秋两季明显较春季贫化,存在明显"降水同位素环流效应"。     

东亚季风区最近1000 a石笋δ~(18)O空间变化特征及气候意义研究

利用重庆市丰都水鸣洞石笋NSM03精确定年数据和δ~(18)O数据建立的高分辨率石笋记录,结合其他已经发表的亚洲季风区石笋氧同位素记录,探讨洞穴石笋δ~(18)O值过去1 000 a的空间变化特征以及指示的气候环境意义.结果显示:亚洲季风区石笋δ~(18)O值过去1 000 a在空间上呈现出与大气降水δ~(18)O值相似的纬度效应和海陆效应,石笋δ~(18)O值沿水汽输送路径不断衰减,逐渐变轻,表明印度洋是中国季风降水的主要水汽源区;水鸣洞NSM03石笋记录与南亚季风区瓦什卡洞的WBS石笋记录以及中国藏南波密-林芝地区的树轮记录存在明显的相关关系,也进一步地表明中国东部季风区的水汽主要来自印度洋;亚洲季风区石笋δ~(18)O记录在过去1 000 a的变化趋势基本一致,但是中国东部季风区降水变化存在很大的空间差异,这表明季风区石笋δ~(18)O记录不一定都能指示当地降水量的变化;因此,中国季风区石笋δ~(18)O记录主要指示是东亚季风环流的信息,当东亚季风环流强的时候,季风区石笋氧同倍数偏轻;反之亦然.     

福建玉华洞降水、滴水和新生碳酸盐δ~(18)O传递及环境意义

为探究福建玉华洞石笋δ18O的气候环境指示意义,于2011年7月~2013年12月,在将乐县天阶山逐月采集大气降水以及玉华洞3个滴水点和相对应的3个新生碳酸盐沉积物的样品,并进行氢氧同位素测试,分析δ18O在大气降水—洞内滴水—新生沉积物的传递过程及其变化规律.结果表明:3个滴水点的δD和δ18O均分布在当地大气降水线(δD=8.87δ18O+17.59(R2=0.97))附近,表明滴水的δD和δ18O体现了当地大气降水δD和δ18O的平均水平;沉积物δ18O的变化范围小于相对应的滴水δ18O变化范围,更小于洞外大气降水,但3者都呈现出夏秋季偏轻、冬春季偏重的季节性变化趋势;与逐月大气降水量对比发现,沉积物δ18O受月"降雨量效应"影响较少,沉积物δ18O主要受冬夏季降水水汽源地季节性差异的影响.总体而言,玉华洞沉积物δ18O值存在较明显的季节特征,其波动较好的继承了当地大气降水信息,玉华洞石笋δ18O可以用来重建季节性高分辨率的古气候记录.     

阿拉善地区降水同位素特征与水汽来源

基于2013—2015年阿拉善高原阿右旗的降水氢氧稳定同位素组成数据,分析阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的特征与变化规律,揭示当地的水汽来源与迁移路径。结果表明:(a)阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的变化呈现明显的季节特征,即夏季偏高,冬季偏低。(b)主要气象参数(降水量、气温、大气湿度和风速)中,气温是控制阿拉善高原降水δD和δ~(18)O的主导因素;通过与周边区域的比较,阿拉善高原当地大气降水线的斜率和截距较低,这是由阿拉善高原降水受到非平衡蒸发作用强烈所致;(c)HYSPLIT气团轨迹模型模拟和降水同位素分析揭示了阿拉善高原阿右旗降水主要来自西风和极低气团。     

银川地区降水氢氧同位素变化规律分析

大气降水是区域水循环中重要环节,对于研究区域内水分循环、水分来源、水分转换等水文过程有重要意义.通过对银川地区降水中氢氧同位素特征随月降水量变化趋势进行分析,得出不同季节的降水水汽来源是影响银川地区降水同位素变化的主要因素,秋冬季节降水水汽主要来自于北冰洋地区,春夏季节降水水汽主要来源于印度洋、孟加拉湾及太平洋地区.区域内蒸发的水汽对降水的贡献及降水过程中的二次蒸发作用都使降水中重同位素富集.全年来看,银川地区降雨量效应不明显,但是夏季降雨量对降水中氢氧稳定同位素变化影响不容忽视.通过分析氘过量参数d随月平均降水量的变化趋势,辅助论证了不同季节不同水汽来源的降水是影响氢氧同位素变化的主要因素.     

中世纪暖期和现代暖期中国季风降水时空模式及其机制

IPCC第五次评估报告认为中世纪暖期(950—1250 A.D.)和现代暖期(20世纪增温)存在具有高可信度.气象观测结果显示20世纪中期以来的显著增温时期,中国降水变化呈现典型的"南涝北旱"两极模式.然而,这一模式与中世纪暖期代用指标重建降水所揭示的"南干北湿"模式存在显著差异,且这一差异的动力学机制亦不明确.继承大气降水氧同位素(δ~(18)O)的中国石笋δ~(18)O记录是描述水循环演变历史信息的理想天然示踪剂.本文将北京石花洞(中国北方)和贵州董哥洞(中国南方)石笋δ~(18)O记录进行对比,基于δ~(18)O-降水-大气环流信号之间的机理联系,解析中世纪和现代暖期大气降水时空模式及其机制.结果显示中世纪暖期石花洞石笋δ~(18)O值显著负偏,指示亚洲夏季风增强,雨带北移,印度洋远源水汽输送增加,而南方洞穴石笋δ~(18)O值相对正偏,指示降水减少或者蒸发加强,局地环流降水增加.在中世纪暖期,洞穴记录对比结果呈现与其他指标重建结果一致的"南干北湿"模式. 20世纪增温时期,石花洞与董哥洞石笋记录均显示δ~(18)O值正偏过程,指示夏季风减弱,雨带南移,北方降水减少;南方降水则由近源水汽输送所控制.研究结果暗示中世纪暖期亚洲夏季风增强可能是气候自然变率的结果,而现代暖期季风减弱则可能与人类活动影响下的海温异常有关.     

极端天气事件下广州市大气降水δ18O的变化特征研究

根据广州市2004年5月—2005年6月和2007年4月—2008年6月大气降水中δ18O含量及气象数据,分析了广州市大气降水δ18O对极端天气事件的反映.结果表明:研究期间广州市的大气降水δ18O都落在世界降水δ18O的变化范围之内,夏季低冬季高;2004年由于夏季风爆发偏晚且活动位置偏南等因素致使广州降水δ18O与气温正相关;2005年夏季风爆发晚,高纬冷空气偏强,前汛期华南成强降水中心,广州5、6月降水中δ18O偏低;2008年1月华南地区严重的冰灾期间大气降水δ18O波动剧烈,"负温度"效应和降水量效应更加明显;热带气旋使广州市降水δ18O普遍偏低.     

天津地区大气降水中氢氧稳定同位素特征及影响因素研究

依据国际原子能机构(IAEA)提供的天津地区1988~2001月降雨和同位素资料,分析了该地区大气降水的稳定同位素的组成和变化以及主要影响因素.天津大气降水线与我国东部季风区的局地大气降水线方程较为接近.大气降水同位素组成变化中的温度和降水效应较小,主要受季风以及季节水汽来源不同的影响,有显著的季节效应.     

新仙女木事件内部百年尺度弱季风事件的龙腑宫洞石笋记录

基于湖北省神农架龙腑宫洞一支石笋(LFG21)7个U/Th年龄和461组氧、碳同位素数据,建立了末次冰消期12.42~10.53 ka B.P.平均分辨率达3 a的亚洲夏季风强度演化序列.LFG21石笋δ~(18)O详细记录了新仙女木事件(YD)期间的季风突变细节,揭示了YD事件内部的不稳定性.在YD事件结构特征和转型模式上,石笋记录与格陵兰冰芯δ~(18)O记录具有良好的一致性,支持北高纬驱动机制以及高低纬之间的气候联系.其中,在~11.71 ka B.P.氧、碳同位素明显正偏,δ~(18)O从-8.6‰快速正偏至-7.9‰,δ~(13)C从-7.4‰快速正偏至-6.0‰,指示YD内部存在百年尺度的弱季风事件,持续时间为~200 a.这些特征与南京葫芦洞石笋δ~(18)O记录H1事件的内部结构和转型特征十分相似,暗示两者很可能受到同一驱动机制的影响.通过高、低纬地质资料的对比研究和波谱分析,本文认为YD内部百年尺度季风突变事件可能与热带大洋水汽输送变化导致的亚洲季风区水文循环异常以及太阳活动密切相关.     

基于地基GPS的暴雨水汽输送分析研究

利用地基GPS大气可降水量资料、常规气象资料和美国国家环境预报中心(National Cholesterol Education Program.NCEP)资料分析了2005年8月22-24日云南一次暴雨期间的水汽输送过程,分析了云南地基GPS立体布局的重要性.结果表明,GPS遥感的大气可降水量与探空观测结果有高度的一致性;地基GPS探测可以获得大气可降水量高频变化的信息;暴雨期间水汽输送主要集中在850～600 hPa之间的各层;立体布局的地基GPS网是监测西南水汽通道的有力手段.     

云南雨季开始和大气环流季节变化的关系

本文研究了1972～1979年间云南雨季开始和亚州地区大气环流季节变化的关系。我们发现:(1)在与印度季风爆发相当的自春末到初夏的季节变化过程期间,亚洲地区存在一个季节变化的前期过程。通过这个过程使云南进入夏季风降水。过程特点为:印度南端季风低空急流建立、孟加拉湾西南季风爆发,随后季风经缅甸影响云南,云南雨季开始。孟加拉湾季风建立均由一次较强的季风低压(或中层气旋)来完成,春末南支西风槽的活动也随之结束,在高空则表现为100mb上反气旋中心由25°N北跳到30°N,并且稳定。以上过程常在一星期内完成,是比较突然的。我们认为,云南季风雨开始是这个突变的季节变化的结果。(2)轨迹和水汽输送量的计算表明,云南雨季开始期的水汽来自西南季风的输送。此时,西南季风的水汽已可通过云南上空输送到四川、贵州和广西等地。(3)云南地区较强的大范围夏季降水常是西南季风和冷空气相互作用的结果。     

天山东部哈尔里克山庙儿沟冰芯1953年以来的δ~(18)O记录

2005年8月在天山东部哈尔里克山庙儿沟平顶冰川顶部钻取了两只透底冰芯,其中一支冰芯定年结果为16.83 m,深度对应1953年.着重探讨了沉积过程和沉积后过程对该冰芯氧同位素比率(δ~(18)O)记录的可能影响及该冰芯1953年以来δ~(18)O记录的气候指示意义.降水季节分布的不均匀性、夏季高温引起的融化—渗浸—再冻结作用,以及冬季雪层中的水汽运移和积雪表面的升华可能在一定程度上影响了冰芯δ~(18)O记录,但考察时观测表明当年降雪仍约有50 cm剩余,且δ~(18)O与Ca~(2+)的季节波动保存较好,表明沉积过程和沉积后过程对于δ~(18)O的影响范围局限于年层内.1953-2004年庙儿沟冰芯δ~(18)O记录呈线性下降趋势,与同处哈尔里克山南坡的哈密气象站夏季温度的长期变化趋势一致,二者存在明显的正相关关系,庙儿沟冰芯δ~(18)O记录可作为该区域过去夏季温度变化的代用指标.     

基于组合赋权法的广安市地源热泵适宜性分区

基于全球大气降水稳定同位素观测网络(GNIP)和国内已有研究黄土高原降水稳定同位素数据,分析黄土高原降水同位素的时空分布特征及其环境效应;通过回归分析建立局地大气降水线方程,同时运用HYSPLIT模型模拟各站点的气团移动轨迹。结果表明：具有明显季节性变化规律,时间上主要表现为春夏季富集、秋冬季贫化;空间上加权平均则呈现出由西北向东南减小的趋势。降水值与温度呈正相关,即存在温度效应,但不存在降水量效应;高程效应的定量关系为高度每增加100m,值减少0.08‰。轨迹模拟结果表明该区的水汽来源在春夏季主要包括大部分东南季风水汽和部分西风带水汽,秋冬季主要以西风带水汽为主。     

绿洲对其临近荒漠大气水分循环的影响——敦煌试验数据分析

利用"我国西北干旱区陆-气相互作用试验\\"2000年5～6月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了西北干旱区临近绿洲的荒漠戈壁大气湿度特征,并根据它们在不同风向下的表现揭示出了绿洲对其临近荒漠戈壁大气水分输送的影响.研究了在绿洲影响下大气的逆湿和负水汽通量与风向和大气稳定度的关系,说明大气逆湿和负水汽通量的出现不一定完全相关,小时平均量有时表现出负梯度输送的特征,并且给出了负梯度输送出现概率的日变化以及大气稳定度对负梯度输送的影响.     

华北地区大气水分气候变化及其对水资源的影响

利用NCEP／NCAR1948～2003年分析格点资料,研究了华北地区大气水分气候的变化及其对水资源的影响．结果表明：华北地区大气中水汽含量自20世纪60年代初至80年代中期呈持续下降趋势,80年代中期以后略有回升,但幅度不大,90年代中期以后又呈下降趋势,在21世纪初期与历史最低水平接近;华北地区大气水汽含量与降水量及水资源总量的关系密切,大气水汽含量的减少趋势与降水量及水资源总量的变化一致．     

西南季风水汽输送对热带气旋Bilis降水影响分析和数值试验

以一个登陆强度并不强,但在内陆长久维持并引发大暴雨造成巨灾的热带气旋Bilis(0604)为研究对象,首先利用实测资料分析了Bilis造成中国南方大暴雨过程的环流形势和物理量场特征,指出西南季风和Bilis残留低压相互作用为本次大暴雨的发生提供了有利的水汽和动力条件;然后利用中尺度模式MM5模拟分析了西南季风强度和水汽输送变化对本次大暴雨过程的影响。结果表明,降水受西南季风自身强度影响不大,但对水汽输送多寡十分敏感,水汽减少将导致降水强度明显下降,外界水汽输送有助于Bilis雨带中强对流活动,使雨量加强。     

珠穆朗玛峰地区的新降雪和雪坑样品的化学特征研究

1998年 8 ,9月份和 1999年 6月份 ,在珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川积累区采集了一批新降雪和雪坑样品 ,稳定氧同位素比率 (δ1 8O)以及化学成分的分析结果表明 ,珠峰地区大气降水具有明显的季节变化特征 ,表现为夏季风降水中 δ1 8O值和主要离子浓度都很低 ,而非夏季风降水中δ1 8O值和主要离子浓度显著升高 ,反映了不同的水汽来源和气候状况     

天山乌鲁木齐河源1号冰川雪冰中δ18O的演化过程

2002年9月14日-2005年3月7日,在天山乌鲁小齐河源1号冰川积累区雪坑中连续观测取样,频率为1次/周,分析了其巾的部分表层雪样品和粒雪坑样品中的δ18O.结果表明:表层雪样品的δ18O具有明显的季节变化,且与月平均温度关系密切.粒雪坑样品中的δ18O在9月底至次年6月初变化较小,升华对雪坑1 m以下雪冰中δ18O的影响不超过-2‰,整个雪坑都较好地保持了δ18O的季节变化特征.但6月初-9月底融水对雪冰中δ18O的影响巨大,冬季形成的δ18O低于-30%的中、细粒雪层,经过夏季融水的改造,可成为δ18O-11.6‰的粗粒雪和冰片层.融水可使雩冰中δ18O的改变最>60%.在全球变暖背景下,冬季形成的低δ18O雪层经过夏季融水的改造,其内的δ18O可以完全被平滑.     

青藏高原对非洲北部降水影响的模拟研究

利用耦合模式CESM1.0, 研究青藏高原地形对非洲北部降水的影响。敏感性试验结果表明, 去掉青藏高原地形后, 首先, 大气环流迅速做出调整, 出现自热带大西洋向东北方向至北非的水汽输送异常和自印度洋向西至北非的水汽输送异常, 造成北非大气水汽含量增加和水汽辐合增强, 降水增多。然后, 当海洋环流调整到准平衡态时, 北大西洋海表温度降低, 南大西洋海表温度升高, 地表大气温度也发生相应的变化。在南北温度梯度的影响下, 原本由热带大西洋向北非的水汽输送发生转向, 导致北非的水汽含量减少和水汽辐合减弱, 使得降水比前一阶段减少。即便如此, 在没有青藏高原的试验中, 当海洋环流调整到平衡态时, 北非大部分区域水汽辐合仍然强于有青藏高原的真实地形试验, 区域平均降水也增多。结果表明, 青藏高原的隆升可能在一定程度上加剧了北非的干旱化。     

T639水汽通量与降水分析

受频繁的冷涡系统影响,2012年6月份辽源市降水由特少急转为特多态势.本文通过检验冷涡系统背景下降水量与水汽通量的相关关系,初步得到以下结论：（1）对于持续时间较长的降水,前一天水汽通量有明显增大过程.降水开始后,由于对大气水分的消耗,水汽通量的值处于相对的低谷.（2）水汽通量的峰值大小对明星降水有一定指示意义,但与降水量并无严格正比关系.（3）从水汽通量的变化上不能判断降水的开始时间.（4）对短时弱降雨,水汽通量的指示意义不大.