大氣水汽中穩(wěn)定同位素的時空變化及影響因素分析.pdf

1、水汽是大氣最活躍的組成成分之一，是降水的物質基礎。利用水汽穩(wěn)定同位素可以全面地分析水汽的來源、輸送路徑、凝結及補給形式，深入地了解水循環(huán)過程及其反饋機制。論文根據對流層發(fā)射光譜儀遙測的全球2004年9月～2009年12月大氣水汽中HDO和H2O資料、激光水汽穩(wěn)定同位素分析儀實時監(jiān)測的季風區(qū)長沙站2014年10月～2016年9月近地面大氣水汽中穩(wěn)定同位素資料（δv）以及相應的降水中穩(wěn)定同位素資料（δp），對全球對流層中下層(825～464

2、hPa)整層大氣水汽中、長沙站近地面大氣水汽中穩(wěn)定同位素的變化特征以及影響因素進行了分析，并初步討論了水汽中和降水中穩(wěn)定同位素之間的相互作用關系，結果表明:
　　(1)全球多年平均δvD、平均δvD季節(jié)差的空間分布均表現出明顯的緯向分布和海陸差異。平均而言，多年平均δvD自低緯度地區(qū)向高緯度地區(qū)逐漸減小，大陸地區(qū)大于同緯度的海洋地區(qū);多年平均δvD季節(jié)差的符號在20°～30°N地區(qū)和南半球多為正號，在其他地區(qū)多為負號，大陸地區(qū)平均

3、δvD季節(jié)差的絕對值大于同緯度的海洋地區(qū);總的來看，多年平均δvD、δvD季節(jié)差的這種隨緯度、海陸的變化，在低緯度地區(qū)表現的最為明顯。
　　(2)全球多年平均δvD的空間分布與由全球降水穩(wěn)定同位素監(jiān)測網(GNIP，Global Network of Isotopes in Precipitation)提供的多年平均δpD的空間分布基本一致，兩序列的線性相關系數為0.51;在選入進行δvD和δpD時間變化比較的15個代表站中，10個

4、站的由降水預測的水汽氫穩(wěn)定同位素值(δeD)和δvD的時間變化具有一致的變化趨勢，它們之間的線性相關系數均通過0.1的信度檢驗，其他5個站的δeD和δvD的時間變化之間的線性關系則不顯著或不存在。
　　(3)受不同的主要水汽來源的影響，長沙站近地面大氣水汽中δD和δ18O具有明顯的季節(jié)動態(tài)，夏半年（4～9月）偏低，平均值分別為-97.78‰、-14.14‰，冬半年(10～翌年3月)偏高，平均值分別為-80.00‰、-12.49‰;

5、在日尺度下，反映下墊面蒸散和大氣湍流等的影響，δv18O的變化表現出夜間偏高，白天偏低的特點。
　　(4)在天氣尺度下，長沙站δv18O與環(huán)境溫度、降水量以及絕對濕度之間均存在顯著的負相關關系，它們間的線性相關系數分別為-0.23、-0.24、-0.30;而在日尺度下，δv18O與各環(huán)境要素之間的關系存在降水日和非降水日的區(qū)別，其中，在降水日，δv18O的日變化與溫度和絕對濕度的變化相反，而在非降水日，δv18O的日變化依然與溫度

6、的變化相反，但與絕對濕度的變化是基本一致的。
　　(5)由于新降水及降落雨滴再循環(huán)的影響，長沙站近地面大氣水汽中δ18O總是小于相應的降水中δ18O，它們之間的差值△δ變化在1.24‰～15.55‰之間，平均值是8.70‰;在整個觀測期間，除2014年12月～2015年3月外，在降水過程中，水汽中和降水中穩(wěn)定同位素基本處于瑞利平衡狀態(tài)。
　　(6)長沙站的大氣水線方程為:δpD=8.45δp18O+16.06，該方程大于8的