重慶大氣降水中氫氧同位素變化及與ENSO事件的響應機制探究.pdf

1、目前全球氣候與環(huán)境變化及其應對措施已經(jīng)逐漸變?yōu)槿虿毮康闹卮笊鐣栴}，聯(lián)合國政府間的氣候變化專委會第五次評價(IPCC-AR5)第一工作組報告指出，全球氣候系統(tǒng)變暖已經(jīng)毋庸置疑，在北半球地區(qū)的過去1400年中，最近30年的氣溫可能達到最暖。在氣候變暖影響下，大氣環(huán)流背景正出現(xiàn)一系列耦合性變化，同時體現(xiàn)在氣候系統(tǒng)的變化還有：溫室氣體排放增多、溫度升高、積雪融化、海平面上升、全球水體循環(huán)變化、極端氣候事件和極端冷暖事件增多等方面，均已深刻危

2、及人類生存和發(fā)展。厄爾尼諾-南方濤動現(xiàn)象(ENSO)是影響赤道地區(qū)氣候環(huán)境年際變化的主導因素，并且對全球氣候及環(huán)境變化具有重要的影響。作為記錄和重建古氣候變化的重要示蹤信息—穩(wěn)定同位素信息，具有攜帶信息體種類豐富、受噪音干擾小、對氣候和環(huán)境變化響應敏感等特點而受到眾多學者的廣泛關注。通過不同尺度現(xiàn)代大氣降水數(shù)據(jù)的持續(xù)監(jiān)測，解譯區(qū)域降水同位素變化特征，追蹤水汽來源及響應大尺度環(huán)流變化，可以完善全球及區(qū)域尺度大氣降水穩(wěn)定同位素信息庫。更好地

3、為全球氣候環(huán)境變化背景下，人類生存與社會發(fā)展過程中如何應對極端氣候事件的影響提供科學的理論基礎和決策依據(jù)，為水文學和古氣候?qū)W領域研究和發(fā)展奠定了實踐基礎。
　　本研究以重慶市西南大學為監(jiān)測點，以降水中穩(wěn)定氫氧同位素為主要監(jiān)測對象，對研究區(qū)大氣場降水進行了15個月(2015年4月～2016年9月)的現(xiàn)代指標連續(xù)監(jiān)測，并于實驗室分析測試大氣降水中穩(wěn)定氫氧同位素信息數(shù)據(jù)，并結(jié)合中國氣象臺(China Meteorological Obs

4、ervatory)北碚氣象站相關氣象數(shù)據(jù)和美國國家海洋和大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmosphereic Administration)提供的NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)逐日全球再分析數(shù)據(jù)資料，分析了氧同位素季節(jié)變化特征和環(huán)境效應及大

5、尺度大氣環(huán)流特征，并對重慶地區(qū)場降水中氫氧同位素響應ENSO事件的機制進行了初步論證和探討。
　　結(jié)合現(xiàn)代大氣場降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討研究區(qū)大氣場降水中δ18O變化特征響應大氣環(huán)流的氣候意義。研究發(fā)現(xiàn)，重慶降水中δ18O值的變化范圍是－13.11‰～1.81‰，δD值變化范圍是－96.31‰～28.70‰，δ18O、δD、d-excess值季節(jié)性變化顯著，夏低冬高。研究時段，重慶地區(qū)大氣降水線方程為δD=8.25δ18O+12.23,

6、(R2=0.98,n=129)，斜率和截距與全球大氣降水線差別不大。根據(jù)夏季風活動將降水樣品細分為夏半年組和冬半年組，得出夏半年δ18O-δD的線性方程為：δD=8.28δ18O+12.15,(R2=0.98,n=99)和冬半年δ18O-δD的相關關系：δD=7.28δ18O+10.05,(R2=0.90,n=30)，探討季節(jié)尺度下水汽來源差異對斜率和截距的影響。又依據(jù)降水量(P)的大小將樣品細分4組后分別分析線性回歸方程，得到的斜率和

7、截距基本上隨著降水量的增加而升高，斜率從7.99（P≤5）增至8.65（10　　通過降水中穩(wěn)定同位素與研究區(qū)氣象要素線性相關關系分析，全年降水中δ18O與降水量呈現(xiàn)出微弱的反相關關系：δ18O=-0.06P-4.19,(R2=0.12,n=129，P＜0.001)；δ18O與溫度相關性較弱并且

8、為負相關：δ18O=-0.28T+1.12,(R2=0.08,n=129，P＜0.001)，季節(jié)尺度分別回歸得到夏半年和冬半年降水量效應和溫度效應也不十分顯著，可能是大氣環(huán)流運動在某種程度上掩蓋了季風區(qū)的溫度和降水量效應。通過計算水汽通量和水汽通量散度模擬矢量水汽輸送場，分析大尺度環(huán)流模式中ENSO事件聯(lián)系下，熱帶輻合帶ITCZ對夏半年降水中δ18O變化的可能影響，根據(jù)研究區(qū)2015年和2016年夏半年大氣降水中δ18O的相似變化特征，

9、可把夏半年分為五個階段分析，第一階段：五月和六月初，δ18O維持較高值；第二階段：δ18O值開始逐漸下降，一般在六月中旬；第三階段：δ18O值是夏半年的最低值，并且持續(xù)偏低；第四階段：自八月末開始，δ18O值開始呈攀高趨勢，出現(xiàn)第二次峰值；第五階段，δ18O值開始下降，并呈波動偏低狀態(tài)。分析發(fā)現(xiàn)，對比水汽矢量輸送場及降水中δ18O值特征性的變化，與ITCZ對流活動的位置在南海和低緯度西太平洋、孟加拉灣等地變化以及強度變化密切相關。

10、>　　運用逐月風場資料模擬矢量風場，結(jié)合HYSPLIT軌跡模型，結(jié)果表明，夏半年水汽來源是低緯度的阿拉伯海、孟加拉灣和南海，使得夏季降水中穩(wěn)定同位素值偏低；冬半年水汽來源是蒙古-西伯利亞高原以及局地水分循環(huán)，降水中δ18O呈現(xiàn)高值。研究區(qū)降水中δ18O變化顯著響應于2015/2016ENSO時期，2015年El Ni?o事件夏半年降水中δ18O降水加權平均值為－7.05‰，2016年La Ni?a事件夏半年降水中δ18O為－6.29‰，

11、2015年降水加權平均值顯著偏負。根據(jù)夏季風影響期間階段對比，第3～5階段為El Ni?o和La Ni?a事件特征顯著時期，2015年和2016年降水中δ18O分別是－9.00‰和－6.88‰。2015年5～9月為El Ni?o盛期，同時，El Ni?o事件影響下2015夏半年的d平均值為13.4‰，顯著高于2014年和2016年同期平均值。結(jié)果表明研究區(qū)在El Ni?o時期及其衰減期，2015年夏半年樣品統(tǒng)計降水量1018.8mm，且