上海市大气降水的氢氧同位素特征及对ENSO事件的指示意义研究

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ENSO事件是全球尺度的大气环流异常事件,导致不同地区出现异常天气与气候变化,对水循环过程影响尤其明显,大气降水是水循环的重要环节,大气降水水汽源地研究也是当前全球变化与环境演变研究的热点问题。大气降水中的18O与D(氘)两种稳定同位素丰度变化与环境温度、降水量、海陆位置等因素有着密切的联系,能有效的追踪水汽来源。上海处于我国东部季风区,降水中氢氧同位素组成受ENSO事件影响明显。年际、年代际尺度下ENSO事件对上海降水中氢氧同位素组成的影响将为深入认识本地区水循环、水汽输送过程和重建本地区古ENSO事件提供科学依据。本文主要通过年际尺度和年代际尺度分析上海地区降水中氢氧同位素的特征及对ENSO事件指示意义。利用2014年8月2015年8月70个降水样品研究年际尺度下单次厄尔尼诺事件对上海大气降水中氢氧同位素组成的影响,并结合19612012年南京(S1)、上海(S2)、武汉(S3)、福州(S4)、香港(S5)5个站点大气降水中δ18O、δD数据,对应上海地区2012年1月至2017年2月上海206个降水样品的氢氧同位素实测值数据分析年代际尺度下ENSO事件不同阶段与上海降水中氢氧同位素组成的联系,主要取得如下结论:1.年际尺度下,单次厄尔尼诺气候事件期间,上海降水中δD与δ18O的全年变化范围分别为-83‰-2‰、-12.0‰-0.2‰。降水样品中δ18O季节分布规律表现为夏秋两季为低值,冬春两季为高值。全年时间尺度下,上海大气降水线为δD=7.07δ18O+3.90(r=0.86,α=0.001,n=70),其斜率和截距均比全球和我国大气降水线低;季节时间尺度下,春、秋两季大气降水线斜率与截距小于夏、冬两季,并且较大降雨量的降水样品对研究区大气降水线的斜率和截距起决定作用。年际尺度下,厄尔尼诺期间上海降水中δ18O在年时间尺度上不具有明显的温度效应,在季节时间尺度上仅在冬季存在较弱的温度效应。秋季与冬季存在显著的降水量效应,其中秋季降水量效应最显著。单场次连续降水样品δ18O波动性降低的变化证明了水汽源地变化会直接影响降水氢氧同位素组成。2.年际尺度下,上海降水中δ18O与d值与厄尔尼诺事件具有紧密联系。处于正常年份的2014年9月降水中δ18O值为-7.0‰,而进入厄尔尼诺事件之后,除去2015年1月、7月、10月的δ18O值,其余月份降水中δ18O均比9月偏重。因为与正常年份相比,印度洋的远距离水汽输送减少,而近源太平洋水汽增多,导致降水中δ18O较厄尔尼诺事件发生之前偏高。降水中d值主要受水汽源地变化的影响,未进入厄尔尼诺期间的降水样品d值较低,而厄尔尼诺期间d值较高,同时发现d值与SOI指数具有弱负相关关系:δ18O=0.07SOINion3.4+0.05(r=-0.40,α=0.01,n=12)。3.年代际尺度下,ENSO事件不同阶段上海降水中氢氧同位素组成分布不同。整体表现为厄尔尼诺期间大气降水中的δ18O、δD较非厄尔尼诺期间偏正,但是厄尔尼诺期间和非厄尔尼诺期间降水中氢氧同位素组成均表现出夏、秋两季为低值,冬、春两季为高值的季节分布特征,表明此种季节分布规律这是上海降水中氢氧同位素分布的普遍性季节规律。厄尔尼诺与非厄尔尼诺期间大气降水线均与全球大气降水线接近,但是气温和降水量等环境因素受ENSO事件的影响明显,导致厄尔尼诺期间大气降水线的斜率和截距大于非厄尔尼诺期间。4.年代际尺度下,ENSO事件不同阶段对上海降水中氢氧同位素组成的环境因素影响不同。厄尔尼诺期间和非厄尔尼诺期间5站点均存在明显的反温度效应、降水量效应和水汽压效应,说明延长时间尺度能使对不同ENSO事件类型的氢氧同位素组成效应的研究更准确。不同时间段的ENSO事件期间,同种环境因素的影响程度不同,并且各种环境效应之间可能会相互影响,表现为拉尼娜期间的温度、降水量、水气压效应均比非拉尼娜期间显著。5.年代际尺度下,ENSO事件强弱程度变化对降水中δ18O值和d值影响明显。厄尔尼诺期间和非厄尔尼诺期间降水中δ18O季节分布特点表现为夏秋为低值,冬春为高值,降水中δ18O与表征ENSO事件强弱的ONI与SSTA两指数呈负相关关系,因为厄尔尼诺期间夏季降水水汽主要来自于太平洋近源水汽输送,导致降水δ18O偏正,并且当厄尔尼诺事件越强时,降水中δ18O越偏负。厄尔尼诺期间和非厄尔尼诺期间降水中d值与表征ENSO事件强弱程度的ONI、SSTA两指数负相关关系显著,ENSO事件强弱程度通过影响研究区水汽源地的相对湿度影响降水中的d值,表现为厄尔尼诺事件越强,降水中d值越小,拉尼娜事件越强,d值越大。但是,ENSO事件强弱对氢氧同位素的组成的环境效应无明显影响。
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