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大气科学 2023年第3期47卷 616-630页

作者：刘宇佳满文敏周天军彭冬冬中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国气象局广州热带海洋气象研究所广州510641

大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂,可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区,局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征,但是近期研究表明,水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此,本... 详细信息

大气水汽稳定同位素是现代水循环的重要示踪剂,可以有效地追踪水汽来源及其输送过程。在中低纬度季风区,局地“降水量效应”是大气水汽稳定同位素的主要特征,但是近期研究表明,水汽来源及其输送过程等非局地因素也有重要影响。因此,本文基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星遥感观测的大气水汽稳定氘同位素数据(数值表示为千分差,δD),针对前人研究较少的中国东部石笋氧同位素区域,进行水汽源地追踪,并在季节和年际尺度上分析水汽δD的主要影响因素。结果表明,在季节尺度上,水汽δD在夏末秋初较低,冬春季较高,这种特征与局地气象因子、水汽源地贡献的关系较弱,水汽输送路径上的累积降水是影响水汽δD季节变化的主要因素,两者为显著的负相关关系。在年际尺度上,厄尔尼诺(El Nino)年夏季中国东部水汽δD较高,拉尼娜(La Nina)年夏季水汽δD较低。水汽源地贡献在ENSO(厄尔尼诺—南方涛动)不同位相的变化较小,而水汽输送路径上的累积降水在La Nina年较之El Nino年偏多,表明La Nina年热带对流活动和水汽输送过程的贫化作用更强,导致目标区域的水汽δD更低。因此,代表热带对流活动的累积降水是水汽δD季节和年际变化的主要影响因素,热带对流活动增强(减弱)将降低(增加)目标区域的水汽δD。

关键词：大气水汽同位素拉格朗日水汽追踪水汽源地贡献对流活动

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大气水汽同位素观测与研究新进展

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测绘科学技术 2022年第2期10卷 23-35页

作者：赵晓丽袁瑞强山西大学环境与资源学院山西太原北京师范大学地理科学学部北京

由于同位素的分馏效应,大气水汽氢氧稳定同位素包含了重要的水循环信息,成为研究陆–气、海–气、植被–大气界面水分运动的重要工具。二十一世纪以来,稳定同位素红外光谱技术快速发展,傅里叶变换红外线光谱仪(FTIR)和光腔增强近红外激... 详细信息

由于同位素的分馏效应,大气水汽氢氧稳定同位素包含了重要的水循环信息,成为研究陆–气、海–气、植被–大气界面水分运动的重要工具。二十一世纪以来,稳定同位素红外光谱技术快速发展,傅里叶变换红外线光谱仪(FTIR)和光腔增强近红外激光吸收光谱仪(CES)被广泛应用,促进了大气水汽观测逐渐成熟,观测精度不断提高,监测数据不断丰富。目前,基于红外光谱技术建立起了NDACC、TCCON、SWVID等地基监测网络,开展大气水汽同位素监测。TES、SCIAMACHY、IASI、MIPAS、ACE等观测项目将FTIR搭载在卫星上对对流层或平流层的水汽同位素进行监测,形成了覆盖全球的大气水汽同位素卫星天基观测网络。此外,还产生了结合天基和地基观测的MUSICA项目。上述工作使得获得大尺度、高分辨率的大气水汽稳定同位素观测数据成为可能,相关研究得到快速发展。本文在前人综述的基础上,对天基观测、地基观测和多平台融合观测项目及其数据信息进行对比介绍,并综述了近五年来基于大气水汽同位素观测在水汽同位素组成和变化、大气环流,水汽来源,生态系统和湖泊蒸散发,以及冰雪动态等方面的主要研究进展。可预见覆盖全球的高时间分辨率大气水汽稳定同位素数据将成为探究地球表层系统的有力工具。

关键词：大气水汽同位素遥感数据库观测

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大气水汽氢氧同位素观测研究进展--理论基础、观测方法和模拟

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地理科学进展 2015年第3期34卷 340-353页

作者：柳景峰丁明虎效存德中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 中国气象科学研究院极地气象研究所北京100081 国家气候中心雪冰-气溶胶分析实验室北京100037

大气水汽氢氧稳定同位素是认识大气环流和水循环的重要信息指标,本文从影响水汽稳定同位素含量的物理过程入手,即源区蒸发、传输及凝结等方面,系统介绍了影响水汽氢氧稳定同位素的平衡分馏和动力分馏的理论基础;回顾了传统观测方法、近... 详细信息

大气水汽氢氧稳定同位素是认识大气环流和水循环的重要信息指标,本文从影响水汽稳定同位素含量的物理过程入手,即源区蒸发、传输及凝结等方面,系统介绍了影响水汽氢氧稳定同位素的平衡分馏和动力分馏的理论基础;回顾了传统观测方法、近期发展的激光光谱仪及卫星遥感红外光谱仪等大气水汽同位素观测新手段,重点分析了光谱仪及遥感观测方法的优势及应用,表明实时观测和遥感监测成为目前水汽同位素研究的主要手段;总结了目前大气水汽同位素观测研究在同位素基础理论、地表过程等方面的主要进展,汇总分析了大气水汽同位素环流模型的发展和应用,表明同位素环流模型在全球及区域气候过程、古气候恢复以及环境信息重建方面具有独特的优势,将会成为今后气候系统研究的新方法;最后提出水汽同位素研究的新焦点即高时空分辨率的实时观测、氢氧同位素的新指标如过量17O以及同位素气候模型的发展完善及应用。

关键词：大气水汽同位素同位素分馏水汽同位素观测水循环

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基于实测和WRF模型的季风边缘区水汽同位素特征分析

基于实测和WRF模型的季风边缘区水汽同位素特征分析

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作者：杜佳西北师范大学

学位级别：硕士

在全球变暖背景下,季风边缘区对区域气候变化和生态响应更为敏感,极端气候事件发生频率增加,水循环也随之变化。而水汽是水循环中最活跃的组成成分之一,可利用水汽稳定同位素对季风边缘区的水汽来源、输送路径、凝结及补给形式等综合分... 详细信息

在全球变暖背景下,季风边缘区对区域气候变化和生态响应更为敏感,极端气候事件发生频率增加,水循环也随之变化。而水汽是水循环中最活跃的组成成分之一,可利用水汽稳定同位素对季风边缘区的水汽来源、输送路径、凝结及补给形式等综合分析,以加深对季风边缘区水汽循环的认识和影响。并借助高分辨率的水汽氢氧稳定同位素分析仪可获取长时间连续的大气水汽同位素信息。选取季风边缘区兰州河谷作为观测点,于2019年和2021年利用高分辨率的大气水汽氢氧稳定同位素分析仪对近地面大气水汽氢氧稳定同位素开展了实时监测,分析大气水汽同位素的基本特征,构建大气水汽线,探讨影响水汽同位素变化的气象因子。同时利用WRF模型和CWT分析模拟了实验同期的水汽通量及风场变化,并借助实测大气水汽同位素数据和相关气象数据对未来水汽同位素进行分析。研究结果显示:(1)兰州近地面大气水汽δO的变化范围为-33.81‰～-3.70‰,δO的变化范围为-17.48‰～-2.35‰,δH的变化范围为-262.33‰～-30.11‰。在这两年的观测时段内表现出了夏季富集冬季贫化的变化趋势;d-excess的变化范围为-19.40‰～15.90‰,表现出夏季较低而冬季较高的变化特征。大气水汽中稳定同位素组成的日循环变化趋势受局地气象因素和大气湍流作用控制。根据实测大气水汽δO和δH,得出兰州近地面大气水汽线方程为δH=7.89(±0.03)×δO-5.73(±0.52),斜率介于季风边缘区季风期和季风前的大气水汽线斜率之间。大气水汽同位素的变化与气温和相对湿度均存在正相关关系,与降水量的相关性不显著。(2)由海洋气团带来的大气水汽同位素值明显高于受陆地气团影响的降水事件,其波动范围也大于陆地气团。整体反映出西向水汽、局地水汽再循环和季风环流的共同作用导致了大气水汽同位素的变化。WRF模型模拟水汽通量高值一般分布在青海湖流域和黄河流域等水体;低值则分布在祁连山、腾格里沙漠和鄂尔多斯高原等干燥地区,影响季风边缘区上空水汽通量分布。(3)兰州河谷的水汽来源根据不同的水汽来源百分比和同位素变化可分为西风型、西风-内陆混合型和季风型三种类型。北大西洋、黑海和里海等是西风型的水汽源地,一般出现在11月;俄罗斯大陆、蒙古地区和中国西北地区等则是西风-内陆混合型水汽来源地,一般在5月和10月(春秋两季);季风型水汽来源主要在6～9月,东海和南海等是季风水汽来源区,以东南季风为主,影响研究区时间较长(6～9月),其比例为7.81%～21.33%,西南季风影响时期为7月～9月,其比例为4.96%～18.56%。季风型的水汽稳定同位素值最高,西风型的水汽稳定同位素值最低。兰州水汽源被认为兼有大陆和季风两种属性的水汽来源,在雨季主要来自大型海洋,在干季,则来自内陆大型湖泊、河流以及其他形式的蒸发面要素。

关键词：大气水汽同位素季风边缘区模型模拟水汽来源

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南极科考断面水汽同位素观测与模拟及其反映的水循环信息

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冰川冻土 2014年第6期36卷 1440-1449页

作者：柳景峰效存德丁明虎 Butzin Martin 任贾文中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 中国气象科学研究院北京100081 Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research Bremerhaven 27568Germany 中国科学院大学北京100049

大气水汽同位素实时监测为水循环和区域大气环流分析提供了新的定量化方法.依托雪龙号考察船,利用水同位素激光光谱仪(PICARRO L1102-i)完成了38°N^69°S海表大气水汽氢氧稳定同位素的观测,结合表层海水和GNIP降水同位素分析了多相水... 详细信息

大气水汽同位素实时监测为水循环和区域大气环流分析提供了新的定量化方法.依托雪龙号考察船,利用水同位素激光光谱仪(PICARRO L1102-i)完成了38°N^69°S海表大气水汽氢氧稳定同位素的观测,结合表层海水和GNIP降水同位素分析了多相水同位素纬向特征.结果表明:水汽、降水和表层海水同位素比率(δ18O,δD)随纬度呈明显的递变性规律,赤道最低,副热带升高,而在南极大陆外围高纬区域则急剧降低;过量氘(d-excess)变化与此相反,反映出副热带下沉气流对同位素富集影响以及高纬度极地气团经过洋面时过饱和分馏的剧烈变化.实测水汽同位素与LMDZ4-iso和ECHAM 5-w iso模型对比表明了模拟结果较好,根据模拟进一步分析了南极内陆Dome A水汽同位素反映的水汽源区.结果显示,除了中纬度印度洋海区之外,中低纬东太平洋海域也是冰盖内陆的重要水汽源区.

关键词：大气水汽同位素过量氘水汽传输 Dome A

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