黔中地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源分析

作     者：李蓉涵 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱大运;刘子琦

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：大气降水 降水稳定同位素 ITCZ ENSO 黔中地区 

摘      要：大气降水稳定同位素对气候环境变化响应敏感,常被作为示踪水循环的重要载体,通过降水稳定同位素变化追踪识别水汽来源,对解译局地大气环流过程,评估极端气候事件的影响机制具有重要的意义。黔中地区受东亚季风与西南季风双重影响,相较其他区域其水文过程更为复杂且敏感。因此,本研究旨在通过对黔中地区大气降水稳定同位素进行高密度监测,综合气象数据以及运用统计分析和Hysplit模型等方法,分析降水稳定同位素在多时间尺度上的变化特征,绘制局地大气降水线,探讨同位素的环境效应;同时解析水汽来源对降水稳定同位素的影响,并进一步探讨黔中地区大气降水稳定同位素对厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）事件的响应机制,以深入了解该区域现代水文循环过程,为区域气候变化应对和水资源管理提供科学依据。主要结论如下: （1）黔中地区大气降水δD值的变化范围为:37.9‰～-153.6‰,月加权平均值为-34.6‰;降水δ18O值的变化范围为:2.9‰～-19.4‰,月加权平均值为-6.1‰;降水d-excess值的变化范围为:30.0‰～-2.3‰,月加权平均d-excess值为14.0‰。大气降水稳定同位素在季节尺度呈现出夏半年贫化,而冬半年富集的特征,降水d-excess值夏半年主要在10‰上下浮动,而冬半年降水d-excess值普遍高于10‰。研究区局地大气降水线的斜率和截距均高于全球大气降水线,这表明该区气候湿润多雨,水汽受到的云下二次蒸发程度弱,且受到局地再循环水汽的影响。冬半年大气降水线的截距要大于夏半年,这是由于受到不同的水汽来源的影响。研究区大气降水稳定同位素呈现出反温度效应和降水量效应,其中降水量效应并不显著。在次降水事件中,不同场次的降水δ18O随着时间的推移分别呈现出不同的变化特征。 （2）黔中地区受到的水汽来源相当复杂,包括西风水汽、阿拉伯海水汽、孟加拉湾水汽、南海水汽、远源内陆水汽和近源局地再循环水汽。在年际尺度上,2022水文年和2023水文年的水汽来源略有差别,因此可以观察到两水文年的降水稳定同位素变化范围不同,但其月加权平均值较接近。在夏半年期间主要由海洋-内陆性水汽转向海洋性水汽,当低纬度的暖湿水汽大量输送到研究区时,可以观察到降水δ18O值呈现出逐渐降低的趋势,降水d-excess值主要在10‰上下浮动;而冬半年主要由干冷的西风水汽和局地再循环水汽主导,降水δ18O值普遍较高,同时降水d-excess值要远高于10‰。 （3）ENSO对黔中地区大气降水稳定同位素变化存在明显影响作用。2022年和2023年夏半年研究区降水δ18O值与上游孟加拉湾等区域的对外长波辐射值（Outgoing Longwave Radiation,OLR）呈现出显著的相关性,表明着上游热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,ITCZ）的位置和强度变化影响着研究区的降水δ18O。在2022年夏半年期间4-5月ITCZ向北迁移并增强,将西南方向潮湿的海洋水汽输送到中国西南地区,在输送过程中强对流事件使得研究区降水δ18O值降低;6月ITCZ的强度减弱,因此降水δ18O值短暂回升;7-8月ITCZ的对流活动持续增强以及水汽输送路径的延长,使得降水δ18O值降低;9月ITCZ往南回迁及对流活动减弱,同时局地内陆循环水汽的加入使得降水δ18O值升高。在2023年夏半年时期,ITCZ向北迁移幅度逐渐增大,同时其对流强度逐渐加强,因此降水δ18O值逐渐降低;直到9月ITCZ南移,降水δ18O值逐渐升高。在厄尔尼诺事件期间,近源南海水汽贡献较拉尼娜事件增加了5.63%,远源孟加拉湾水汽贡献增加了3.57%,同时厄尔尼诺事件期间海洋性大陆如印度尼西亚等周边地区的OLR值呈现正异常,对流活动较往年减弱,而拉尼娜事件呈现出相反的变化,对应着厄尔尼诺事件降水δ18O偏富集和拉尼娜事件降水δ18O偏贫化的特征。