乌鲁木齐河上游事件内尺度降水氢氧稳定同位素变化及其与水汽同位素的关系

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大气降水是自然界水循环中的重要组成部分,降水中的氢氧稳定同位素作为水循环的重要示踪剂对环境变化的响应敏感。不同时间尺度下降水中氢氧稳定同位素的变化蕴含着不同的环境信息,尤其是事件内尺度下降水同位素的变化有助于理解每次降水事件内部的水汽源汇过程,成为深入探究降水同位素变化机理的新思路;事件内尺度的大气降水同位素与同期大气水汽同位素的同步监测,则更有助于深入理解水循环过程中的同位素分馏机制。本文利用2019年67月在新疆天山乌鲁木齐河上游30 min频次的降水氢氧稳定同位素记录及同期大气水汽同位素监测数据,分析了事件内尺度下降水同位素的变化过程及其与水汽同位素的关系,结果显示:(1)在本研究的采样时段内,事件内尺度下的大气降水中δ18O变化范围在-15.26‰4.16‰之间,平均值为-4.99‰;δ2H的变化范围在-108.46‰15.66‰之间,平均值为-32.85‰。无论是事件内尺度还是事件尺度中,温度都是影响降水同位素变化的主要气象因素,但是事件内尺度降水同位素与温度的相关系数略小于事件尺度的相关系数。后向轨迹模拟表明当地降水的水汽路径主要来源于西方,对降水起止时间的水汽路径进行对比,发现事件内尺度降水同位素的变化往往也伴随着水汽来源路径的转变。选取研究区常见的中亚低涡天气系统案例进行分析,发现中亚低涡强盛时期降水强度高,降水中的重同位素较为贫化;随着中亚低涡减弱,降水强度减小,雨滴下落过程受云下二次蒸发的影响更加显著,降水中δ18O逐渐升高。事件内尺度降水同位素的变化趋势主要可分为下降型、L型、上升型、V型和倒V型,这些不同类型的变化趋势与大气水汽的传输路径以及降水时的气象状况有关。(2)在采样时段内,大气水汽中δ18O的最高值基本出现在早晨,最低值则出现在午后,而d-excess的日内变化特征与之相反。晴天和雨天大气水汽同位素的日内变化规律呈现一定的差别,晴天条件下水汽中δ18O与d-excess的日内变化趋势相反,且与气温和相对湿度的日内变化存在明显的对应性;而在雨天条件下,这种对应性在一定程度上有所减弱。根据同期的大气降水同位素和大气水汽同位素,在平衡分馏假设下基于事件内尺度降水同位素推算的水汽同位素与实测的水汽同位素差异相对较大,但在非平衡分馏假设下结合蒸发线和事件内尺度降水同位素推算的大气水汽同位素则与实测的同位素则更为接近。云下二次蒸发是影响大气水汽中氢氧稳定同位素偏离平衡状态的重要因素。
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