基于CMFD数据的新疆天山降水同位素云下二次蒸发研究

这是一篇关于云下二次蒸发,降水同位素,新疆天山地区,空间变化,时间变化的论文, 主要内容为降水是水循环的关键环节,也是不同水体的重要补给来源。降水中的氢氧稳定同位素作为重要的示踪剂,其中保留了许多环境信息,研究降水中的氢氧稳定同位素可以揭示区域的水文气候背景。然而,在云下二次蒸发的影响下,降水在从云底降落到地面的过程中轻同位素优先蒸发,重同位素富集,从而出现氘盈余降低、大气水线斜率减小的现象。因此,量化同位素云下二次蒸发效应有助于认识大气水的同位素分馏机制,对理解区域水循环有着重要意义。天山地区地形复杂,不同区域降水同位素受到云下二次蒸发的影响程度存在差异。为了深入了解天山地区不同地形条件下云下二次蒸发的差异,本文以中国区域地面气象要素驱动数据集为基础,通过逐日气象参数,计算了1979～2018年新疆天山地区降水同位素云下二次蒸发效应的时空变化以及各气象要素对该地区云下二次蒸发的影响,并结合三种降水同位素景观图谱产品分析了天山地区云底雨滴同位素变化。研究表明:(1)从时间变化来看,1979～2018年天山地区云下降水中δ2H变化量的年均值为47.86‰,δ18O变化量年均值为11.62‰,d变化量年均值为-44.98‰,雨滴蒸发剩余比的年均值为64.03%,天山地区降水同位素云下二次蒸发效应在40年里呈现逐渐增强的趋势。季节变化上,天山地区夏季的同位素云下二次蒸发效应最强,冬季的云下二次蒸发效应最弱。(2)天山地区降水同位素云下二次蒸发效应在空间上表现为天山南坡盆地的云下二次蒸发效应强,在天山山脉上云下二次蒸发效应弱。天山地区的云下二次蒸发的空间变化,在不同季节不尽相同,夏季云下二次蒸发高值区域覆盖面积大,冬季云下二次蒸发覆盖面积小。天山地区云下二次蒸发的强度随着海拔的增加逐渐减弱,山麓地带云下二次蒸发最强,在高海拔地区云下二次蒸发最弱,基本可以忽略不计。另外,对南北坡不同流域的云下二次蒸发效应进行分析时发现,天山南坡各流域云下二次蒸发强于北坡各流域。(3)天山地区地面δ2H和δ18O在时间变化上表现为夏秋高、冬春低的特点,在空间变化上表现为天山南坡的同位素值高于天山北坡。天山地区云底降水中δ2H和δ18O在各个季节的值总是高于地面δ2H和δ18O的值,云底降水中δ2H和δ18O的值夏季高,冬季低,云底d的值冬季高,夏季低。空间上,天山地区云底降水中δ2H和δ18O的高值分布区同样出现在天山以南的盆地,低值集中分布于天山北坡及天山中脉上。(4)各气象要素在不同的程度上会对云下二次蒸发产生一定的影响,在天山地区,气温与云下二次蒸发导致的氘盈余降低量呈反相关性,降水量、相对湿度、水汽压、雨滴直径等与之呈正相关性,当气温高,相对湿度低,降水量小,雨滴直径较小,云下二次蒸发强烈。在天山地区,雨滴蒸发剩余比与氘盈余变化量之间存在一个1.69‰/%的线性关系。除了各气象要素,不同的下垫面也会造成云下二次蒸发强弱的差异,在一些植被覆盖度较低的土地类型上,如裸地/稀疏植被、灌木丛上,云下二次蒸发较为强烈,而在冰雪地上,云下二次蒸发较弱。

基于降水稳定同位素的石羊河流域云下二次蒸发效应及其影响因素研究

这是一篇关于降水,稳定同位素,云下二次蒸发,石羊河流域的论文, 主要内容为水循环过程中伴随着稳定同位素的分馏作用,通过研究其组成可以进一步了解水循环过程以及陆气之间的相互作用。在干旱地区,雨滴从云底降至地面的过程中,会因云下二次蒸发效应,使得降水中的2H和18O比率产生变化,明确这一变化对研究局地水循环和生态水文过程都有着重大的意义。石羊河流域降水稀少,蒸发旺盛,云下二次蒸发显著。为深入理解石羊河流域水循环,本文基于2018年1月至2019年10月,11个地面采样点的670个降水稳定同位素数据和同期实测气象数据,以及研究区附近11个高空站点的探空气象数据,结合改进后的Stewart模型,采用分层假设的方法对石羊河流域降水过程中的蒸发效应进行定量计算,并对其影响因素进行分析。研究表明:(1)石羊河流域各采样点的降水云下二次蒸发效应在垂直方向上总体表现出较为一致的变化趋势,云下二次蒸发在850-700 h Pa这一层次上最强,地面-850h Pa由于雨滴降落距离较短,700 h Pa以上由于海拔较高温度较低,云下二次蒸发效应较弱。(2)石羊河流域雨滴蒸发剩余比具有明显的季节变化和空间差异。雨滴蒸发剩余比在5月份最小,随后逐渐增大,总体表现为春、夏季的雨滴蒸发剩余比较秋、冬季小,即春、夏季雨滴损失量较大,说明研究区春、夏季云下二次蒸发效应较秋、冬季强烈。此外,各月份的雨滴蒸发剩余比均呈现中下游地区较上游地区小的现象,表明中下游地区的云下二次蒸发效应较上游地区强烈。(3)云层底部雨滴中δ18O与降落至地面雨滴中δ18O的变化量(Δδ18O)、云层底部雨滴中δ2H与降落至地面雨滴中δ2H的变化量(Δδ2H)和云层底部雨滴过量氘与降落至地面雨滴过量氘的变化量(Δd)也具有显著的时空差异,Δδ18O和Δδ2H的变化趋势类似,即均表现为5月前递增,之后逐渐减小的趋势。总体来看,Δδ18O和Δδ2H在春、夏季较大,秋、冬季较小,Δd则相反,说明降水稳定同位素组成在春、夏季受云下二次蒸发影响较大。同时,Δδ18O和Δδ2H均表现出中下游地区较上游地区大的特征,Δd较上游地区小,表明中下游地区受到更为显著的云下二次蒸发效应影响。(4)δ18O和δ2H随温度升高而不断增大,随降水量的增加而减小,随雨滴直径的增加而增大。过量氘(d-excess)、大气水线的斜率和截距随气温升高而降低,随降水量、相对湿度和雨滴直径的增加而增大,其中当气温在10～20℃时,d-excess、大气水线的斜率和截距最小,表明较高的温度、较小的降水量和雨滴直径以及较低的相对湿度有利于云下二次蒸发效应的产生。(5)雨滴蒸发剩余比与Δd具有较好的相关性,但要达到约1‰/%的线性关系,雨滴蒸发剩余比需达到90%,甚至更高,而当雨滴蒸发剩余比低于40%时,二者的线性关系减弱,甚至出现严重偏离线性关系的现象,说明当雨滴经历较强的蒸发作用时,雨滴损失量较大,此时线性关系不一定成立。这一线性关系随气温升高而逐渐减弱,随相对湿度、降水量、雨滴直径的增大而逐渐增强。(6)Δδ18O、Δδ2H和Δd敏感性分析结果表明,如果石羊河流域采样点的气温每升高2℃,Δδ18O、Δδ2H的升幅分别为0.01‰～2.94‰,0.03‰～7.50‰,Δd则降低0.02‰～6.79‰;相对湿度每增加5%,Δδ18O、Δδ2H的降幅分别为0.08‰～11.16‰,0.14‰～27.30‰,Δd则上升0.06‰～29.71‰;降水强度每增加10%,Δδ18O、Δδ2H的降幅分别为0.01‰～9.82‰,0.03‰～7.50‰,Δd则升高0.02‰～6.22‰;当雨滴直径在1.5 mm以上时,Δδ18O、Δδ2H和Δd基本趋于稳定。

祁连山东段降水稳定同位素特征及其在云下二次蒸发中的指示意义

这是一篇关于祁连山,大气降水,稳定同位素,云下二次蒸发,水汽来源的论文, 主要内容为稳定同位素作为水体的重要组成部分,虽然其含量很低,但是对于环境的变化具有十分敏感的响应,且完整记载了水循环的信息,已经被广泛应用于水文学、气候学、生态学和其他领域的研究中。大气降水是地球上水循环过程的重要环节,研究降水中稳定氢氧同位素有助于深入理解水循环过程,对于降水中稳定氢氧同位素的研究也是同位素技术在各学科领域应用的重要基础和基本参数。祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。本文选取祁连山北坡西营河流域不同海拔4个采样点建立了大气降水稳定同位素观测网络,根据2016年10月至2017年10月采集的大气降水样品和气象数据,分析了大气降水稳定同位素的时空变化特征,探讨了温度、海拔、季风环流对稳定同位素变化的影响,利用Stewart雨滴降落模型对研究区大气降水云下二次蒸发效应进行了分析,同时结合再分析资料计算得到的水汽输送场与后向轨迹模型对水汽来源与稳定同位素变化的关系进行分析,研究可提高对祁连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。本文的结果如下:(1)研究区降水中稳定同位素值表现出明显的夏高冬低的季节变化特征,δ18O高值主要出现在夏季,低值主要出现在冬季。d-excess值的变化表现出与δ18O相反的变化规律。西营河流域大气降水线方程为:δD=7.97δ18O+15.96,斜率低于全球大气降水线。研究区内大气降水线斜率和截距都随着海拔的上升而上升,研究区不同海拔小气候特征显著。(2)研究区内不同站点在温度低于0℃时稳定同位素值表现出良好的温度效应。δ18O和δD值随着海拔的上升而下降,d-excess值则随着海拔的上升而上升,δ18O变化率为-0.26‰/100m,δD变化率为-1.77‰/100m,d-excess变化率为3‰/100m,且在夏半年变化幅度大于冬半年。研究区各个站点在年尺度上都没有表现出明显的“降水量效应”。但在夏季七月和八月受到亚洲季风携带的具有相对较低稳定同位素值水汽的影响,研究区表现出弱“降水量效应”。(3)云下二次蒸发作用使得降水中d-excess值发生贫化。雨滴蒸发剩余比与d-excess变化量存在着线性相关性,即雨滴蒸发量每增加1%,则降水d-excess减小约0.99‰。且在雨滴蒸发剩余比高于60%情况下,二者之间的相关性更为显著,且二者之间斜率降低至0.81。(4)受到西营水库的影响,附近地区水汽再循环强度升高,气温降低、相对湿度升高和云底高度降低,使得西营五沟附近云下二次蒸发作用较弱,雨滴在下落过程中的损失较少,雨滴蒸发剩余比较高,雨滴蒸发剩余比在下游突然升高是由于下游下垫面性质出现差异导致的。气温、相对湿度对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响较为明显,降水量对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响不明显。在高寒山区不同海拔云下二次蒸发的研究中将雨滴直径设为常数的计算可能会使得计算结果出现错误的结论。(5)研究区冬季、春季和秋季降水水汽都主要来源于西风环流,在夏季还受到亚洲季风携带的水汽的影响。冬季的部分降水事件中d-excess和δ18O都表现出了极低的值,这可能是受到极地气团的影响。在持续性降水事件中,稳定同位素值的在短时间内发生了急剧变化。虽然稳定同位素值的变化范围较大,但还是符合瑞利分馏效应。与此同时在降水过程中不同水汽来源的补给作用会使得降水过程中稳定同位素值出现阶段性变化。

水汽来源和云下二次蒸发对降水同位素的影响

这是一篇关于降水同位素,不同时间尺度,水汽来源,云下二次蒸发,祁连山东部的论文, 主要内容为水分子由氢氧原子构成,降水的氢氧稳定同位素特征保存了有关降水水汽来源、运移过程和降水区的宝贵信息,是水循环过程的理想示踪剂。降水作为水循环过程中的一个关键环节,研究其同位素组成可以揭示水循环的复杂过程。冰沟河流域位于祁连山东段,地处季风边缘区,地理位置特殊,环流复杂,降水过程复杂多变。基于此,本研究以祁连山东段的冰沟河流域为研究对象,以2018年6月～2020年5月的降水同位素、同时期的气象观测数据和NCEP/NCAR再分析资料为研究数据,分析了研究区不同时间尺度的降水同位素特征、大气降水线和环境效应,基于后向轨迹模型和雨滴蒸发模型探明研究区的水汽来源与云下二次蒸发,并讨论了水汽来源和云下二次蒸发对降水同位素的影响。结果表明:(1)研究区降水δD和δ18O值均呈现出“W”的变化趋势;季节尺度上,δD和δ18O值夏季高,其次是春秋季,冬季最低。d值在2019年8月之前变化幅度较小,之后变化幅度较大,但两个时期都呈“增-减-增-减”的变化趋势;季节尺度上,d值冬季低,春季、夏季和秋季高。研究区局地大气降水线(LMWL)方程的斜率低于而截距高于全球降水线,且不同季节的大气降水线差异明显。研究区全部降水事件的降水同位素存在显著的温度效应,而不存在降水量效应;季节尺度上,夏季存在降水量效应,而不存在温度效应,其他季节存在温度效应,而不存在降水量效应,这一结果说明夏季降水量效应掩盖了温度效应,其他季节温度效应掩盖了降水量效应。研究区全部降水事件的降水同位素与相对湿度之间存在明显的正相关关系;季节尺度上,除夏季外其他季节降水δ18O与RH均呈正相关关系。(2)研究区主要受西风水汽、北部水汽、内陆再循环水汽和季风水汽的控制。不同季节控制降水水汽来源的环流系统差异较大,其中,西风水汽所占比例最大,其次是内陆再循环水汽、北部水汽和混合水汽,季风水汽占比最少。不同水汽来源因水汽源地和水汽输送路径上的气象要素、地理因子等不同,其对降水同位素的影响也是不同的,总体来说,内陆再蒸发水汽为研究区带来了较高的降水同位素值,西风水汽和北部水汽为研究区带来的降水同位素值低于内陆再蒸发水汽,混合水汽控制的降水事件的降水同位素值最低,单一的季风水汽只在夏季时对研究区降水同位素产生影响。(3)研究区雨滴蒸发速率呈现出先上升再下降的趋势;季节尺度上,夏季值相对较高且波动范围较大,其他季节值较低且波动范围小。蒸发剩余比(f)和Δd的变化趋势基本一致,二者呈现出先波动下降再波动上升的趋势;季节尺度上,夏季最小,其次为秋季,冬春季较大;总体来说,冰沟河流域夏半年的云下二次蒸发强于冬半年,降雨过程中雨滴的蒸发损失更大,使得降水中的重同位素在夏半年较冬半年富集。随着降雨量和雨滴直径的增加,云下二次蒸发不断减弱;随着温度的增加,云下二次蒸发不断加强;相对湿度越高,云下二次蒸发效应越弱。研究区f与Δd之间的线性关系显著,蒸发量每增加1%,Δd值减少2.38‰;当f大于90%时,蒸发量每增加1%,Δd值减少1.85‰。在不同的气象条件下,f与Δd之间的相关性都较高;其中,温度越高,f与Δd线性关系的斜率越高;降水量越高、雨滴直径越大,f与Δd线性关系的斜率越小;相对湿度小于80%时,相对湿度越高,f与Δd线性关系的斜率越高。

祁连山东段降水稳定同位素特征及其在云下二次蒸发中的指示意义

这是一篇关于祁连山,大气降水,稳定同位素,云下二次蒸发,水汽来源的论文, 主要内容为稳定同位素作为水体的重要组成部分,虽然其含量很低,但是对于环境的变化具有十分敏感的响应,且完整记载了水循环的信息,已经被广泛应用于水文学、气候学、生态学和其他领域的研究中。大气降水是地球上水循环过程的重要环节,研究降水中稳定氢氧同位素有助于深入理解水循环过程,对于降水中稳定氢氧同位素的研究也是同位素技术在各学科领域应用的重要基础和基本参数。祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。本文选取祁连山北坡西营河流域不同海拔4个采样点建立了大气降水稳定同位素观测网络,根据2016年10月至2017年10月采集的大气降水样品和气象数据,分析了大气降水稳定同位素的时空变化特征,探讨了温度、海拔、季风环流对稳定同位素变化的影响,利用Stewart雨滴降落模型对研究区大气降水云下二次蒸发效应进行了分析,同时结合再分析资料计算得到的水汽输送场与后向轨迹模型对水汽来源与稳定同位素变化的关系进行分析,研究可提高对祁连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。本文的结果如下:(1)研究区降水中稳定同位素值表现出明显的夏高冬低的季节变化特征,δ18O高值主要出现在夏季,低值主要出现在冬季。d-excess值的变化表现出与δ18O相反的变化规律。西营河流域大气降水线方程为:δD=7.97δ18O+15.96,斜率低于全球大气降水线。研究区内大气降水线斜率和截距都随着海拔的上升而上升,研究区不同海拔小气候特征显著。(2)研究区内不同站点在温度低于0℃时稳定同位素值表现出良好的温度效应。δ18O和δD值随着海拔的上升而下降,d-excess值则随着海拔的上升而上升,δ18O变化率为-0.26‰/100m,δD变化率为-1.77‰/100m,d-excess变化率为3‰/100m,且在夏半年变化幅度大于冬半年。研究区各个站点在年尺度上都没有表现出明显的“降水量效应”。但在夏季七月和八月受到亚洲季风携带的具有相对较低稳定同位素值水汽的影响,研究区表现出弱“降水量效应”。(3)云下二次蒸发作用使得降水中d-excess值发生贫化。雨滴蒸发剩余比与d-excess变化量存在着线性相关性,即雨滴蒸发量每增加1%,则降水d-excess减小约0.99‰。且在雨滴蒸发剩余比高于60%情况下,二者之间的相关性更为显著,且二者之间斜率降低至0.81。(4)受到西营水库的影响,附近地区水汽再循环强度升高,气温降低、相对湿度升高和云底高度降低,使得西营五沟附近云下二次蒸发作用较弱,雨滴在下落过程中的损失较少,雨滴蒸发剩余比较高,雨滴蒸发剩余比在下游突然升高是由于下游下垫面性质出现差异导致的。气温、相对湿度对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响较为明显,降水量对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响不明显。在高寒山区不同海拔云下二次蒸发的研究中将雨滴直径设为常数的计算可能会使得计算结果出现错误的结论。(5)研究区冬季、春季和秋季降水水汽都主要来源于西风环流,在夏季还受到亚洲季风携带的水汽的影响。冬季的部分降水事件中d-excess和δ18O都表现出了极低的值,这可能是受到极地气团的影响。在持续性降水事件中,稳定同位素值的在短时间内发生了急剧变化。虽然稳定同位素值的变化范围较大,但还是符合瑞利分馏效应。与此同时在降水过程中不同水汽来源的补给作用会使得降水过程中稳定同位素值出现阶段性变化。

基于Stewart模型的季风三角区西部区域降水稳定同位素云下二次蒸发效应

这是一篇关于季风三角区,降水稳定同位素,云下二次蒸发,Stewart模型的论文, 主要内容为水资源是人类社会发展的基石,水循环的研究为水资源的合理利用提供了科学依据,大气降水是水循环的重要环节,降水中氢氧同位素可以更有效地反映区域水循环机制机理。在干旱半干旱区,受云下二次蒸发影响,雨滴下落过程中会发生明显的稳定同位素比率变化,定量评估这种变化对于明晰区域水循环,提高降水预测及水资源管理能力有非常重要的意义。季风三角区西部区域生态环境脆弱敏感,水资源形势严峻,蒸发强烈。鉴于此,本研究于2020年1月至12月期间选取季风三角区西部区域的白银、环县、静宁、崆峒、玛曲、武都构建区域降水同位素监测网,同时基于Stewart模型的均质假设和分层假设,揭示了季风三角区西部区域降水氢氧稳定同位素的特征,对比分析了两种假设下的云下二次蒸发效应,讨论了影响云下二次蒸发的因素及Stewart模型的关键输入要素,分析了降水及水汽同位素的环境意义,具体研究结果如下所示:(1)研究区降水中δ18O值介于-28.61‰～12.20‰,平均值为-8.93‰,δD值介于-196.20‰～37.12‰,平均值为-63.18‰,其中白银、环县、崆峒降水稳定同位素值夏高冬低,而静宁、玛曲、武都则夏季较为贫化,冬季富集,其异常表现归结于东南季风和西南季风带来的充沛水汽的影响,空间变化上,崆峒降水中稳定同位素最为富集,静宁最为贫化;在影响降水稳定同位素的因素中,相对湿度与之呈负相关,温度、水气压、气压和降雨量则没有表现出明显的相关性。研究区氘盈余值介于-115.78‰～118.42‰,平均值为8.23‰,整体呈现出夏低冬高的特点。基于实测样品的大气水线方程为δD=6.12δ18O-8.53,斜率和截距均低于GMWL斜率和截距,且与理论斜率之间存在显著差异,表明研究区存在明显的云下二次蒸发效应。(2)基于Stewart模型均质假设和分层假设得到的研究区云下二次蒸发的时空特征相同,10时至21时期间云下二次蒸发导致的同位素富集更加明显,春季云下二次蒸发强度大于其他季节,白银降水过程中云下二次蒸发最为明显,崆峒最为微弱。通过对比分析,均质假设往往高估了云底至地面的同位素差异,而分层假设下的云下二次蒸发强度与降水稳定同位素对应良好且相关系数较高,能更为准确估算雨滴从云层底部到地面的同位素变化。温度(T)、云底高度(Hcb)与云下二次蒸发强度呈正相关,相对湿度(h)、降雨强度(P)和雨滴直径(φ)与之呈负相关,当T>25℃,或h≤50%,或P≤0.1mm/h,或φ≤0.75mm,或Hcb>600m时,云下二次蒸发造成的同位素差异最为显著。相较于温度,相对湿度与云下二次蒸发的时空特征相似且相关性较高,可以作为指示云下二次蒸发的理想指标,是Stewart模型的关键输入要素。(3)全球变暖会增强研究区云下二次蒸发效应,长时间序列云下二次蒸发的研究对于指示全球变暖及区域气候变化也有一定的参考价值,同时云下二次蒸发效应可考虑用于订正降水短临预报方法模型,提高降水预报的准确性。研究区水汽d-excess与CO2浓度呈负相关,表明城市化石燃料燃烧水汽对大气水汽有很大的影响,这部分水汽将会影响大气水汽同位素的分布,利用水汽同位素可以细化研究城市向大气的排放,为城市环境保护提供依据。

祁连山东段降水稳定同位素特征及其在云下二次蒸发中的指示意义

这是一篇关于祁连山,大气降水,稳定同位素,云下二次蒸发,水汽来源的论文, 主要内容为稳定同位素作为水体的重要组成部分,虽然其含量很低,但是对于环境的变化具有十分敏感的响应,且完整记载了水循环的信息,已经被广泛应用于水文学、气候学、生态学和其他领域的研究中。大气降水是地球上水循环过程的重要环节,研究降水中稳定氢氧同位素有助于深入理解水循环过程,对于降水中稳定氢氧同位素的研究也是同位素技术在各学科领域应用的重要基础和基本参数。祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。本文选取祁连山北坡西营河流域不同海拔4个采样点建立了大气降水稳定同位素观测网络,根据2016年10月至2017年10月采集的大气降水样品和气象数据,分析了大气降水稳定同位素的时空变化特征,探讨了温度、海拔、季风环流对稳定同位素变化的影响,利用Stewart雨滴降落模型对研究区大气降水云下二次蒸发效应进行了分析,同时结合再分析资料计算得到的水汽输送场与后向轨迹模型对水汽来源与稳定同位素变化的关系进行分析,研究可提高对祁连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。本文的结果如下:(1)研究区降水中稳定同位素值表现出明显的夏高冬低的季节变化特征,δ18O高值主要出现在夏季,低值主要出现在冬季。d-excess值的变化表现出与δ18O相反的变化规律。西营河流域大气降水线方程为:δD=7.97δ18O+15.96,斜率低于全球大气降水线。研究区内大气降水线斜率和截距都随着海拔的上升而上升,研究区不同海拔小气候特征显著。(2)研究区内不同站点在温度低于0℃时稳定同位素值表现出良好的温度效应。δ18O和δD值随着海拔的上升而下降,d-excess值则随着海拔的上升而上升,δ18O变化率为-0.26‰/100m,δD变化率为-1.77‰/100m,d-excess变化率为3‰/100m,且在夏半年变化幅度大于冬半年。研究区各个站点在年尺度上都没有表现出明显的“降水量效应”。但在夏季七月和八月受到亚洲季风携带的具有相对较低稳定同位素值水汽的影响,研究区表现出弱“降水量效应”。(3)云下二次蒸发作用使得降水中d-excess值发生贫化。雨滴蒸发剩余比与d-excess变化量存在着线性相关性,即雨滴蒸发量每增加1%,则降水d-excess减小约0.99‰。且在雨滴蒸发剩余比高于60%情况下,二者之间的相关性更为显著,且二者之间斜率降低至0.81。(4)受到西营水库的影响,附近地区水汽再循环强度升高,气温降低、相对湿度升高和云底高度降低,使得西营五沟附近云下二次蒸发作用较弱,雨滴在下落过程中的损失较少,雨滴蒸发剩余比较高,雨滴蒸发剩余比在下游突然升高是由于下游下垫面性质出现差异导致的。气温、相对湿度对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响较为明显,降水量对蒸发剩余比和d-excess变化量的影响不明显。在高寒山区不同海拔云下二次蒸发的研究中将雨滴直径设为常数的计算可能会使得计算结果出现错误的结论。(5)研究区冬季、春季和秋季降水水汽都主要来源于西风环流,在夏季还受到亚洲季风携带的水汽的影响。冬季的部分降水事件中d-excess和δ18O都表现出了极低的值,这可能是受到极地气团的影响。在持续性降水事件中,稳定同位素值的在短时间内发生了急剧变化。虽然稳定同位素值的变化范围较大,但还是符合瑞利分馏效应。与此同时在降水过程中不同水汽来源的补给作用会使得降水过程中稳定同位素值出现阶段性变化。

基于CMFD数据的新疆天山降水同位素云下二次蒸发研究

这是一篇关于云下二次蒸发,降水同位素,新疆天山地区,空间变化,时间变化的论文, 主要内容为降水是水循环的关键环节,也是不同水体的重要补给来源。降水中的氢氧稳定同位素作为重要的示踪剂,其中保留了许多环境信息,研究降水中的氢氧稳定同位素可以揭示区域的水文气候背景。然而,在云下二次蒸发的影响下,降水在从云底降落到地面的过程中轻同位素优先蒸发,重同位素富集,从而出现氘盈余降低、大气水线斜率减小的现象。因此,量化同位素云下二次蒸发效应有助于认识大气水的同位素分馏机制,对理解区域水循环有着重要意义。天山地区地形复杂,不同区域降水同位素受到云下二次蒸发的影响程度存在差异。为了深入了解天山地区不同地形条件下云下二次蒸发的差异,本文以中国区域地面气象要素驱动数据集为基础,通过逐日气象参数,计算了1979～2018年新疆天山地区降水同位素云下二次蒸发效应的时空变化以及各气象要素对该地区云下二次蒸发的影响,并结合三种降水同位素景观图谱产品分析了天山地区云底雨滴同位素变化。研究表明:(1)从时间变化来看,1979～2018年天山地区云下降水中δ2H变化量的年均值为47.86‰,δ18O变化量年均值为11.62‰,d变化量年均值为-44.98‰,雨滴蒸发剩余比的年均值为64.03%,天山地区降水同位素云下二次蒸发效应在40年里呈现逐渐增强的趋势。季节变化上,天山地区夏季的同位素云下二次蒸发效应最强,冬季的云下二次蒸发效应最弱。(2)天山地区降水同位素云下二次蒸发效应在空间上表现为天山南坡盆地的云下二次蒸发效应强,在天山山脉上云下二次蒸发效应弱。天山地区的云下二次蒸发的空间变化,在不同季节不尽相同,夏季云下二次蒸发高值区域覆盖面积大,冬季云下二次蒸发覆盖面积小。天山地区云下二次蒸发的强度随着海拔的增加逐渐减弱,山麓地带云下二次蒸发最强,在高海拔地区云下二次蒸发最弱,基本可以忽略不计。另外,对南北坡不同流域的云下二次蒸发效应进行分析时发现,天山南坡各流域云下二次蒸发强于北坡各流域。(3)天山地区地面δ2H和δ18O在时间变化上表现为夏秋高、冬春低的特点,在空间变化上表现为天山南坡的同位素值高于天山北坡。天山地区云底降水中δ2H和δ18O在各个季节的值总是高于地面δ2H和δ18O的值,云底降水中δ2H和δ18O的值夏季高,冬季低,云底d的值冬季高,夏季低。空间上,天山地区云底降水中δ2H和δ18O的高值分布区同样出现在天山以南的盆地,低值集中分布于天山北坡及天山中脉上。(4)各气象要素在不同的程度上会对云下二次蒸发产生一定的影响,在天山地区,气温与云下二次蒸发导致的氘盈余降低量呈反相关性,降水量、相对湿度、水汽压、雨滴直径等与之呈正相关性,当气温高,相对湿度低,降水量小,雨滴直径较小,云下二次蒸发强烈。在天山地区,雨滴蒸发剩余比与氘盈余变化量之间存在一个1.69‰/%的线性关系。除了各气象要素,不同的下垫面也会造成云下二次蒸发强弱的差异,在一些植被覆盖度较低的土地类型上,如裸地/稀疏植被、灌木丛上,云下二次蒸发较为强烈,而在冰雪地上,云下二次蒸发较弱。