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大气水汽氢氧稳定同位素比率实时监测在全球变化和水循环研究领域具有重要意义，利用最新发展的激光光谱技术（PICARRO-L1102i），借助我国南极科考平台，完成了38°N-69°S海表大气水汽同位素的观测，并结合同步海水和气象观测对行星尺度多水相水体同位素比率的空间特征进行了分析;借助目前较为完善的LMDZ4-iso和ECHAM5-wiso模型与观测数据进行了模拟对比，并根据模拟结果进一步分析了南极内陆水汽同位素反映的南极冰盖水汽源区，从同位素角度提出了有别于以前研究的水汽来源区;最后根据内陆的浅雪层雪冰同位素记录初步分析了地表风速和温度对冰盖表层雪沉降后分馏的影响。主要结论简述如下: 首先，建立了PICARRO-L1102i激光光谱仪实时观测的精度控制和标样校正系统，实现了对大气水汽氢氧稳定同位素比率的实时观测。自制的标样校正系统主要包括气体干燥和标样水汽产生系统以及流量控制装置。通过实验确定了水汽同位素观测的湿度校正方法，利用标样校准校正了观测过程中的仪器误差，并分析了仪器观测的最终误差。给出了实时观测的校正方法。 其次，结合GNIP降水数据，根据实测的水汽同位素和海水同位素以及同步气象观测数据，分析了大尺度纬向水汽同位素和海水同位素的变化特征，总体来说，水汽、降水以及海水同位素含量比率δ18O,δ D(δ2H)随纬度的变化特征一致，但水汽氢氧稳定同位素比率较海水同位素比率要低;同时显示赤道降水区水汽同位素较副热带区域水汽同位素比率更低，但在南极大陆边缘区域由于受极地陆源气团影响，高纬极地周边区域的水汽同位素比率有突变趋势，相应过量氘急剧升高。 第三，观测结果反映了影响水汽氢氧稳定同位素的主要大气物理因子，水汽同位素过量氘与相对湿度不论纬度差异还是天气差异都呈明显的反相关，而这种反相关的变率随纬度增大而变大，从低纬-0.14‰/％，至中纬度-0.73‰/％到高纬度-1.23‰/％。但过量氘与海表温度没有明显的相关性。后向轨迹和环流背景反映了大尺度环流背景对同位素分馏的影响作用，后向轨迹显示副热带下沉气流造成近地面水汽压升高，副热带水汽氢氧稳定同位素比率增高，与这一过程中动力分馏有关;而高纬源于极地冰盖的气团流经开阔水域造成的动力分馏是极地冰盖周边水汽过量氘陡增的主要原因。 第四，LMDZ4-iso和ECHAM5-wiso同位素环流模型的模拟结果与实测值拟合较好，尽管两者模拟结果均比实测值有所低估，但能较好的反映水汽同位素的空间变化，ECHAM5-wiso模型相对较好的模拟了高纬度的水汽同位素信息。基于同位素分馏系数的计算和基于Craig-Gorden模型的计算结果没有很好的再现水汽同位素的分布特征。 第五，利用ECHAM5-wiso对DomeA近50年的水汽同位素和积累率进行了模拟，利用模拟的逐月资料分析了南半球的水汽传输敏感区，与以往的研究不同的是，本研究是利用水汽同位素指标，而且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DomeA的水汽源区，其传输路径和传输模式值得进一步研究。 最后，基于南极冰盖表层已有的雪冰同位素数据，利用瑞利分馏沉降后分馏模型，分析了地表风速及温度对浅雪层沉降后分馏的影响。显示风速单一因素对冰盖浅雪层δ18O沉降后分馏有很明显的富集作用，富集效应约在5-17.5‰范围。温度对冰盖表层同位素分馏影响较为微弱，引起δ18O分馏影响变化约为-3.75-4.36‰。二者综合的富集效应在4-17.7‰范围，最明显的是在东南极内陆区域。但若单一考虑风的影响，DomeA沉降后分馏比内陆其他地方小，温度对沉降后分馏仍起到富集的分馏作用，两者叠加，DomeA区域浅层雪沉降后同位素富集也很明显，约为12.27‰。