大氣降水氫氧同位素組成特征及水汽來(lái)源探討

1 引言

氫(δD)、氧(δ18O)穩(wěn)定同位素是廣泛地存在于自然水體中的環(huán)境同位素.自然水體通過(guò)蒸發(fā)、凝聚、降落、滲透和徑流等形成水分的循環(huán)，且在水分循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生同位素分餾現(xiàn)象，即較輕的同位素(1H和16O)會(huì)先蒸發(fā)到氣相中，同時(shí)較重的同位素(2D和18O)則先凝結(jié)到液相.降水是水循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).大氣降水中氫(δD)、氧(δ18O)穩(wěn)定同位素組成及分布主要受到蒸發(fā)和凝結(jié)作用的制約，當(dāng)云中的水蒸汽冷凝形成雨滴時(shí)，18O和D不斷由潮濕的空氣中優(yōu)先冷凝，當(dāng)降水不斷進(jìn)行，降水中中重的18O和D不斷被淋洗，則表現(xiàn)為降水中δD和δ18O逐漸貧化.大氣降水中穩(wěn)定同位素組成及分布與產(chǎn)生降水水汽來(lái)源的初始狀態(tài)及水汽輸送過(guò)程發(fā)生的變化密切相關(guān)，同時(shí)，降水中氫氧同位素存在著大陸效應(yīng)、溫度效應(yīng)、降水量效應(yīng)和緯度效應(yīng)等.不同時(shí)間和區(qū)域大氣降水的同位素發(fā)生有規(guī)律的變化，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者常借助降水中氫氧穩(wěn)定同位素變化來(lái)研究水汽的來(lái)源地域、水循環(huán)過(guò)程的歷史信息、天氣氣候特征等.早在1961年，世界氣象組織WMO和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA就已建立全球大氣降水同位素觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，開始對(duì)大氣降水中同位素組成進(jìn)行觀測(cè)，為研究全球和局地大氣環(huán)流及循環(huán)的機(jī)制提供同位素資料數(shù)據(jù).我國(guó)對(duì)降水中氫氧同位素的研究起步較早，大量的研究對(duì)大氣降水穩(wěn)定同位素組成與溫度、降水量、蒸發(fā)等因素進(jìn)行了探討分析并建立降水線方程，如我國(guó)較干旱的東北地區(qū)、西北內(nèi)陸地區(qū)及華北地區(qū)，較濕潤(rùn)的西南地區(qū)、華東地區(qū)和華南地區(qū)，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為研究水循環(huán)特征提供了依據(jù).HYSPLIT后向軌跡模型主要用于降水水汽源的模擬和分析，確定各水汽源的來(lái)源和輸送路徑，特別是基于聚類分析的結(jié)果具有較好的可信性，可用于確定不同水汽輸送路徑的權(quán)重比例.

廈門地處東南沿海地區(qū)，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū).雖已有學(xué)者對(duì)廈門島內(nèi)大氣降水的同位素分布特征及同位素值與溫度、降水量等影響因素的關(guān)系進(jìn)行了比較深入的探討，積累了重要的原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，然而觀測(cè)點(diǎn)主要局限于廈門島內(nèi)單個(gè)點(diǎn)，對(duì)于整個(gè)廈門地區(qū)的降水同位素情況了解不夠全面.此外，對(duì)于降水水汽來(lái)源及輸送路徑缺乏模型模擬的分析，而關(guān)于水汽來(lái)源及輸送路徑所占的權(quán)重比例研究更是未見報(bào)道.因此，本研究同步采集廈門地區(qū)6個(gè)站點(diǎn)的典型月份降水來(lái)分析其降水中氫(δD)、氧(δ18O)同位素值的變化特征，同時(shí)，利用測(cè)定的降水中δD和δ18O基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立廈門地區(qū)大氣降水線方程，并分析年尺度和月尺度下降水中穩(wěn)定同位素值與降水量之間是否存在顯著的“降水量效應(yīng)”.同時(shí)，采用HYSPLIT后向模型模擬廈門地區(qū)的水汽來(lái)源及輸送路徑，并基于聚類分析的結(jié)果探討不同水汽輸送路徑的權(quán)重比例.

2 材料與方法

2.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

本研究在廈門地區(qū)共設(shè)立6個(gè)雨水監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖 1)，分別為海滄新陽(yáng)工業(yè)區(qū)(縮寫XY)、翔安混合區(qū)(縮寫XA)、洪文商住混合區(qū)(縮寫HW)、鼓浪嶼商住混合區(qū)(縮寫GLY)、坂頭水庫(kù)區(qū)(縮寫B(tài)T)、小坪森林公園(縮寫XP).其中，坂頭水庫(kù)區(qū)和小坪森林公園為自然保護(hù)區(qū)，鼓浪嶼作為廈門市重要的旅游區(qū).

 

圖1 廈門地區(qū)大氣降水采樣點(diǎn)分布圖

2.2 樣品的采集與貯存

降水樣品的收集采用智能降水采集器(ZJC-Ⅱ型，杭州恒達(dá)公司生產(chǎn))自動(dòng)搜集降雨.若一天中有幾次降水過(guò)程，可合并為一個(gè)樣品測(cè)定;若遇連續(xù)幾天降雨，則收集當(dāng)日上午8：00至次日上午8：00的降水，即24 h降水樣品作為一個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定.為避免干沉降的影響，降水結(jié)束后0.5 h內(nèi)立即取回.采集的樣品移入潔凈干燥的聚乙烯塑料瓶中，密封保存.樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后立即經(jīng)0.45 μm的混合纖維素濾膜過(guò)濾后置于4 ℃冰箱保存待測(cè).所有樣品在10 d內(nèi)完成從采樣到分析的全過(guò)程.

根據(jù)廈門沿海地區(qū)氣象條件的特點(diǎn)，選取采樣期降水量多的月份、并且可代表各個(gè)季節(jié)的典型月份.其中，以2012年12月、2013年4月和7月分別代表冬季、春季和夏季，在6個(gè)站位共收集到60個(gè)降水樣品.

2.3 樣品的分析

降水中氫氧同位素值的測(cè)定采用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀(ThermoFisherTM MAT 253)、元素分析儀(ThermoFisherTM Flash 2000)和Con FloⅣ連續(xù)流模式同位素質(zhì)譜儀聯(lián)用.分析過(guò)程中采用手動(dòng)進(jìn)樣，將0.1 μL降水樣品注入裂解爐，在高溫下形成的水蒸氣與填充于裂解爐內(nèi)的玻璃碳粒在1400 ℃下發(fā)生還原反應(yīng)，形成的H2和CO混合氣在He載氣(流速100 mL · min-1)的攜帶下，通過(guò)柱溫90 ℃、內(nèi)填0.5 nm分子篩的氣相色譜柱分離，然后依次通過(guò)Con Flo Ⅳ導(dǎo)入穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀的離子源內(nèi)，實(shí)現(xiàn)單次分析中順序同時(shí)測(cè)定δD和δ18O.樣品的標(biāo)準(zhǔn)樣品為國(guó)際標(biāo)樣SMOW(標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水)，樣品測(cè)試一定量間隔插入標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)試，用于檢測(cè)儀器是否穩(wěn)定，偏差在5%以內(nèi)可繼續(xù)進(jìn)行樣品分析.測(cè)量精度δD為±0.3‰，δ18O為±0.1‰.

2.4 軌跡模式簡(jiǎn)介

本文中氣團(tuán)軌跡模型采用美國(guó)海洋大氣研究中心空氣資源實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的HYSPLIT.模型所使用的氣象資料來(lái)自美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中的全球再分析資料，可在ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/下載.通過(guò)HYSPLIT后向軌跡追蹤模式來(lái)追蹤廈門地區(qū)大尺度上水汽輸送路徑，模式分別計(jì)算春季、夏季和冬季降水期間每天00：00、06：00、12：00和18：00到達(dá)廈門地區(qū)的氣團(tuán)軌跡，既可覆蓋連續(xù)性降水，也可提高追蹤水汽來(lái)源路徑的精確性，并進(jìn)行聚類分析計(jì)算出每組輸送路徑的比例權(quán)重.

3 結(jié)果與分析

3.1 大氣降水δD和δ18O的分布特征

圖 2為廈門地區(qū)大氣降水氫氧同位素的季節(jié)性分布圖.廈門地區(qū)大氣降水δD和δ18O的波動(dòng)范圍較大，δD在-93.61‰~16.14‰范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為-32.29‰±26.69‰，而δ18O在-11.98‰~0.29‰范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為-5.40‰±3.13‰.研究表明，我國(guó)大氣降水δD的范圍為-190‰~ 20‰，δ18O的范圍為-24‰~2.0‰.與之比較，廈門地區(qū)大氣降水的δD和δ18O均落在我國(guó)大氣降水δD值和δ18O值的范圍內(nèi).1998年廈門島內(nèi)大氣降水δD值為-108‰~-3.0‰，δ18O值為-14.87‰~-2.17‰，而2004—2006年廈門島大氣降水δD值為-74.7‰~7.3‰，δ18O值為-10.30‰~-0.13‰.比較可知，本文研究期間廈門地區(qū)降水中δD和δ18O變化幅度(分別為109.75‰和12.27‰)與1998年廈門島降水中δD和δ18O的變化幅度(分別為106‰和12.7‰)高度一致，且均高于2004—2006年間廈門島降水中δD和δ18O的變化幅度(分別為82‰和10.7‰)，反映出本文研究期間和1998年研究期間廈門地區(qū)可能經(jīng)歷了極端氣候的影響(如2013年的超級(jí)臺(tái)風(fēng)“蘇力”和熱帶風(fēng)暴“西馬侖”，1998年的第10號(hào)臺(tái)風(fēng)).

 

圖2 大氣降水δD和δ18O的分布

廈門地區(qū)冬、春、夏3個(gè)季節(jié)δD值分別為-27.83‰±8.77‰、-7.86‰±8.07‰和-61.17‰±4.85‰;而冬、春、夏3個(gè)季節(jié)δ18O值分別為-5.62‰±1.14‰、-2.18‰±0.80‰和-8.42‰±0.62‰.廈門地區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)δD值和δ18O值均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性差異，不同采樣點(diǎn)降水的δD和δ18O值均表現(xiàn)出春季最高，而夏季最低.廈門地區(qū)大氣降水的氫氧同位素值呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)特征，這種季節(jié)特征主要受到兩個(gè)方面的影響：一是大尺度上的水汽來(lái)源，包括水汽的蒸發(fā)來(lái)源和水汽在輸送過(guò)程中同位素所發(fā)生的變化;另一方面是區(qū)域性的地理因素，其中，包含了溫度、降水量、相對(duì)濕度、采樣點(diǎn)等各項(xiàng)因素的共同作用.研究表明，廈門地區(qū)季節(jié)變化的主要決定性因素應(yīng)是季風(fēng)氣候的影響.因此，本文首先利用HYSPLIT模式來(lái)模擬廈門地區(qū)春、秋和冬季降水期間水汽的輸送情況，勾畫大氣氣團(tuán)在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路徑，從而判斷降水水汽的來(lái)源和輸送途徑.后向軌跡聚類圖(圖 3)中，線條的指向表示水汽的來(lái)源，線條的起伏波動(dòng)表示水汽輸送的路徑，線條的百分比表示該水汽輸送路徑占總的輸送路徑的比重.

3.2 后向軌跡分析降水水汽的來(lái)源

看廈門地區(qū)不同降水期間的后向軌跡圖.根據(jù)后向軌跡的聚類分析，廈門地區(qū)夏季降水期間的氣團(tuán)均來(lái)自溫暖濕潤(rùn)的低緯度地區(qū)，主要是南海(36%)和西太平洋地區(qū)(64%)，其具有濕度大、蒸發(fā)較弱的特點(diǎn).海洋濕潤(rùn)氣團(tuán)在向大陸移動(dòng)過(guò)程中，沿途氣團(tuán)中的重同位素受到較強(qiáng)的沖刷作用，使得其降水同位素值越來(lái)越貧化.由這兩類氣團(tuán)帶來(lái)的大量降水導(dǎo)致了廈門地區(qū)夏季降水的δD和δ18O值最低(分別為-61.17‰±4.85‰和-8.42‰±0.62‰).衛(wèi)克勤指出，臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)過(guò)的地區(qū)常有大暴雨或特大暴雨，由于氣團(tuán)長(zhǎng)距離遷移和降水量效應(yīng)(即降水中穩(wěn)定同位素比值與降水量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系)導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)雨δ值相當(dāng)?shù)?2013年7月13日和7月19日，廈門地區(qū)先后受到超級(jí)臺(tái)風(fēng)“蘇力”和熱帶風(fēng)暴“西馬侖”的影響，由于該類氣團(tuán)本身的同位素值偏低并且伴隨著大量的降水，因此，該時(shí)間段δD和δ18O值表現(xiàn)為全年最低值.“蘇力”臺(tái)風(fēng)影響期間，廈門地區(qū)δD和δ18O最低值分別為-49.86‰和-10.06‰(坂頭)，而熱帶風(fēng)暴“西馬侖”影響期間，δD和δ18O最低值分別為-86.01‰和-11.45‰(坂頭).受此類水汽影響，廈門地區(qū)夏季δD值(-61.17‰±4.85‰)和δ18O值(-8.42‰±0.62‰)偏低，遠(yuǎn)低于冬季和春季的δD和δ18O值.

廈門地區(qū)冬季降水期間有部分受到來(lái)源于北方亞洲大陸的氣團(tuán)輸送(4%來(lái)自哈薩克斯坦).這一氣團(tuán)經(jīng)我國(guó)蒙古及華北地區(qū)，不經(jīng)濕潤(rùn)的海域直接到達(dá)研究區(qū)域，氣團(tuán)輸送過(guò)程中，由于氣團(tuán)干燥，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈而產(chǎn)生同位素富集，使得蒸發(fā)水汽中同位素值偏高;另外，來(lái)自西部近地源(華中地區(qū)82%)的氣團(tuán)及14%來(lái)自俄羅斯的氣團(tuán)在傳輸過(guò)程中先進(jìn)入東海海域再到達(dá)研究區(qū)域，從海上帶來(lái)的較為濕潤(rùn)的水汽對(duì)冬季降水同位素值偏低作出貢獻(xiàn).廈門地區(qū)冬季δD值(-27.83‰±8.77‰)和δ18O值(-5.62‰±1.14‰)并未表現(xiàn)為年最高值，而低于春季的δD和δ18O值，說(shuō)明帶來(lái)低值同位素降水的水汽比帶來(lái)高值同位素降水的水汽貢獻(xiàn)大.

春季降水期間氣團(tuán)來(lái)源較為復(fù)雜多樣，有來(lái)自于俄羅斯(19%)和我國(guó)華北地區(qū)(52%)濕度低的冷空氣，也有來(lái)自于南海及南亞國(guó)家濕潤(rùn)氣團(tuán)(28%)的貢獻(xiàn).春季廈門有一場(chǎng)降水的δD和δ18O值最高，分別為δD=5.782‰，δ18O=-0.929‰.廈門地區(qū)觀測(cè)期間受到內(nèi)陸(西北內(nèi)陸及俄羅斯)冷氣團(tuán)的影響，由于其空氣濕度較小，局地蒸發(fā)較快，因而降水中重同位素δD和δ18O富集，導(dǎo)致降水中同位值偏高.廈門地區(qū)春季(4月份)降水中同位素值最高，這與蔡明剛的研究結(jié)果是一致的.春季同位素值的偏高除了與水汽來(lái)源有關(guān)，還與雨水在下降過(guò)程中受到強(qiáng)烈的二次蒸發(fā)作用導(dǎo)致重同位素富集影響有關(guān).

廈門地區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)降水的δD和δ18O值春季和夏季無(wú)明顯的時(shí)空分布規(guī)律，而冬季表現(xiàn)出隨地理位置由北至南逐漸富集的現(xiàn)象(具體地理位置分布見圖 1)，即δXP<δBT<δXA<δXY<δHW<δGLY.由圖 3后向氣團(tuán)軌跡圖可知，冬季影響廈門地區(qū)降水氣團(tuán)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為單一，以內(nèi)陸的干冷空氣為主，因此，局部的地理因素是冬季δD和δ18O值空間規(guī)律性的主要影響因素，其中包括氣象要素(如降水量、氣溫、濕度等)及經(jīng)緯度、海拔高度、采樣點(diǎn)的選擇等.

3.3 廈門地區(qū)大氣降水線

圖 4為廈門地區(qū)大氣降水線.由于水在蒸發(fā)和凝結(jié)過(guò)程中的同位素分餾，使大氣降水的δD和δ18O之間存在著線性關(guān)系，這一關(guān)系用最小二乘法表示，即為大氣降水線方程.大氣降水線可以較好地反映某一地區(qū)的自然地理和氣象條件，在解決氣候變遷和水汽來(lái)源等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì).由圖 4可知，廈門當(dāng)?shù)卮髿饨邓�線方程為δD=8.35δ18O+12.52，與Yurtsever提出的全球降水線方程(δD=8.17δ18O+10.56)近似.廈門地區(qū)降水線方程的R2=0.906，表明廈門地區(qū)降水的δD和δ18O值有顯著的相關(guān)性.表 1為國(guó)內(nèi)城市降水線方程匯總表.本文研究期間廈門地區(qū)大氣降水線方程與蔡明剛和陳錦芳等的方程相比較，截距及斜率略有偏高.但仍可發(fā)現(xiàn)，本次降水線與蔡明剛等的研究結(jié)果吻合度較高，這可能與兩次研究期間，廈門地區(qū)均受到臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)降水作用有關(guān)，而陳錦芳等研究期間，臺(tái)風(fēng)/熱帶風(fēng)暴的影響相對(duì)較弱.

 

圖4 廈門地區(qū)大氣降水線

由于雨滴在降落過(guò)程中受到不平衡的二次蒸發(fā)作用而引起同位素分餾，降水中同位素值相應(yīng)地會(huì)因蒸發(fā)而偏離全球大氣降水線/全國(guó)大氣降水線，從而表現(xiàn)為斜率及截距變小的當(dāng)?shù)卮髿饨邓�線.空氣相對(duì)濕度越低的地區(qū)，不平衡蒸發(fā)作用越強(qiáng)烈，則大氣降水線的斜率和截距越小.由表 1可知，區(qū)域分布上，我國(guó)大氣降水線總體表現(xiàn)為南方地區(qū)(主要包括華東、華南和華中地區(qū))大氣降水線的斜率及截距大于全球大氣降水線/全國(guó)大氣降水線的斜率及截距，而北方地區(qū)(主要包括東北、華北地區(qū))則相反，反映出南方地區(qū)空氣濕潤(rùn)多雨，北方地區(qū)干燥少雨的特點(diǎn).位于濕潤(rùn)多雨的華南地區(qū)的廈門，在本文研究期間及1998年研究期間大氣降水線的斜率和截距均高于全球大氣降水線，而2004—2006年研究期間在受到二次蒸發(fā)作用的影響，大氣降水線也有表現(xiàn)為斜率和截距低于全球大氣降水線的情況.

表1 我國(guó)主要城市的降水線方程

         我國(guó)地域遼闊，氣候類型復(fù)雜多樣，大氣降水中氫氧同位素及大氣降水線常出現(xiàn)一些特別的例子.如干旱、半干旱的西北地區(qū)，大氣降水線總體表現(xiàn)為斜率及截距都低于全球大氣降水線(表 1)，然而平?jīng)�、拉薩和銀川(表 1)的大氣降水線的斜率和截距高于全球大氣降水線的斜率和截距，表明這些地區(qū)在形成降水的過(guò)程中受到溫度、蒸發(fā)等因素的影響.在形成降水的水汽經(jīng)過(guò)多次蒸發(fā)，分子質(zhì)量小的氫同位素比分子質(zhì)量大的氧同位素的分餾速度快，因此，在其他條件相同的情況下，降水中δD偏重的程度大于δ18O，表現(xiàn)為這些地區(qū)降水的斜率和截距都偏大.濕潤(rùn)溫暖的西南地區(qū)，大氣降水線的斜率及截距總體高于全球大氣降水線(如表 1中西南地區(qū)的云南騰沖和重慶)，然而位于四川盆地的成都和黃龍大氣降水線的斜率及截距表現(xiàn)為低于全球大氣降水線的斜率和截距，這與四川盆地的地理位置有關(guān).四川盆地地處西風(fēng)帶越過(guò)青藏高原后的背風(fēng)區(qū)，盆地內(nèi)的降水水汽主要來(lái)源于地表水的蒸發(fā)，所以降水中δ18O偏正，大氣降水線的斜率和截距也就偏小.

3.4 大氣降水中氘剩余值

圖 5為廈門地區(qū)降水氘剩余值變化趨勢(shì)，其中，氘剩余值(d值)用方程d=δD-8δ18O來(lái)表示.d值的大小相當(dāng)于某一地區(qū)降水線斜率ΔδD/Δδ18O為8時(shí)的截距，可直觀地反映該地區(qū)大氣降水蒸發(fā)、凝結(jié)過(guò)程的不平衡程度.一般而言，降水水汽來(lái)源于空氣相對(duì)濕度越低的干燥地區(qū)，其不平衡蒸發(fā)越強(qiáng)烈，d值越高;而相對(duì)濕度越大的濕潤(rùn)地區(qū)，蒸發(fā)作用小，d值則越小.由圖 5可知，廈門地區(qū)d值波動(dòng)范圍較大，在-5.13‰~32.25‰范圍內(nèi)變化，說(shuō)明廈門地區(qū)降水的水汽來(lái)源較為多樣，降雨條件較為復(fù)雜.廈門地區(qū)降水的d值的平均值為10.95‰±1.77‰，略高于全球d平均值(10‰).總體上，廈門地區(qū)全年d平均值表現(xiàn)為冬季最高，春季次之，夏季最低，甚至出現(xiàn)負(fù)值.綜合HYSPLIT軌跡模型的分析，廈門地區(qū)d值出現(xiàn)夏低冬高的規(guī)律，主要與其水汽來(lái)源有關(guān)，夏季的水汽氣團(tuán)主要來(lái)自西太平洋和南海濕潤(rùn)地區(qū)，來(lái)自這些地區(qū)的氣團(tuán)濕度大、蒸發(fā)弱，則d值較低;而冬季則來(lái)自于干燥的亞歐大陸、俄羅斯地區(qū)，此外還有近地源(華中地區(qū))的影響，來(lái)自這些地區(qū)的氣團(tuán)濕度小、蒸發(fā)大，則d值較高.由圖 5還可知，春季降水d值在部分采樣點(diǎn)(如XY和GLY)表現(xiàn)出較低值，這可能與春季有一場(chǎng)來(lái)自于南海濕潤(rùn)地區(qū)氣團(tuán)貢獻(xiàn)的降水有關(guān)(圖 3).理論上，大尺度的水氣循環(huán)中，廈門地區(qū)6個(gè)采樣點(diǎn)受到相同的水汽源的影響，應(yīng)表現(xiàn)為相同的d值，而圖中表現(xiàn)為不同采樣點(diǎn)相同季節(jié)d值的差異.這與不同采樣點(diǎn)周圍環(huán)境的差異(如濕度、溫度)導(dǎo)致其影響水汽二次蒸發(fā)的程度不同，從而表現(xiàn)為不同采樣點(diǎn)相同季節(jié)d值的差異.

 

圖5 廈門地區(qū)降水氘剩余值變化趨勢(shì)

3.5 大氣降水量和同位素值相關(guān)性

圖 6為廈門地區(qū)大氣降水量與同位素值的相關(guān)性分析結(jié)果.廈門地處東南沿海地區(qū)，受季風(fēng)氣候的影響較大.大量的研究表明，廈門地區(qū)由于受季風(fēng)氣候影響很大，降水量效應(yīng)顯著，掩蓋了溫度效應(yīng)，即溫度效應(yīng)不明顯，而降水量效應(yīng)明顯，因此，本研究只對(duì)降水量與同位素的關(guān)系進(jìn)行探討.由圖 6可知，年尺度下，廈門地區(qū)氫氧同位素與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r分別為-0.477和-0.369，p<0.01)，即降水量效應(yīng).這種現(xiàn)象首先與廈門地處東南沿海地區(qū)，降水的水汽受到來(lái)自海洋的氣團(tuán)影響較大有關(guān)，海洋氣團(tuán)具有濕度大、蒸發(fā)弱、降水量大、氫氧同位素組成相對(duì)較低的特點(diǎn);此外，廈門地區(qū)全年溫度變化小、相對(duì)濕度大、降水量大，降水過(guò)程中空氣飽和差容易得到補(bǔ)償，隨著降水的持續(xù)，余地蒸發(fā)濃縮作用不明顯，導(dǎo)致降水同位素組成偏低.而廈門地區(qū)7月份降水量與δD值相關(guān)性不顯著，而降水量與δ18O呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.716，p<0.05).這種月、季尺度出現(xiàn)氫氧同位素和降水量不呈負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象在南京地區(qū)(王濤等，.2013)和華北地區(qū)等地均出現(xiàn)過(guò).由于本文降水中氫氧同位素值是基于日降水所得的觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此，更易受到風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、濕度及水汽來(lái)源等短期天氣因素的影響，從而表現(xiàn)出反降水量效應(yīng)的現(xiàn)象.

 

圖6 大氣降水量與δD、δ18O值的相關(guān)性

4 結(jié)論

1)廈門地區(qū)大氣降水中氫氧同位素組成具有明顯季節(jié)性差異，其中，夏季降水中氫氧同位素最為貧化，春季降水氫氧同位素相對(duì)偏正.這種季節(jié)性差異與廈門地區(qū)水汽來(lái)源有重要的關(guān)系，夏季降水氣團(tuán)主要來(lái)自于濕潤(rùn)溫暖的西太平洋和南海，而春季的氣團(tuán)主要來(lái)自于寒冷干燥的亞歐大陸、俄羅斯及我國(guó)華北地區(qū).說(shuō)明水汽來(lái)源是影響廈門地區(qū)大氣降水穩(wěn)定同位素組成的最重要原因.

2)廈門當(dāng)?shù)卮髿饨邓�線方程為δD=8.35δ18O+12.52，截距及斜率相較于全球大氣降水線(δD=8.1718O+10.56)和全國(guó)大氣降水線(δD=7.9δ18O+10.56)均略有偏高.匯總我國(guó)大氣降水線，總體表現(xiàn)為南方地區(qū)(主要包括華東、華南和華中地區(qū))大氣降水線的斜率及截距大于全球大氣降水線，而北方地區(qū)(主要包括東北、華北地區(qū))則相反，反映出南方地區(qū)空氣濕潤(rùn)多雨，北方地區(qū)干燥少雨的特點(diǎn).廈門位于濕潤(rùn)多雨的南方地區(qū)，大氣降水線一般表現(xiàn)為斜率及截距高于全球大氣降水線，在受到二次蒸發(fā)作用的影響大氣降水線也有表現(xiàn)為斜率和截距低于全球大氣降水線的情況.

3)廈門地區(qū)d值波動(dòng)范圍較大，在-5.13‰~32.25‰范圍內(nèi)變化，說(shuō)明廈門地區(qū)降水的水汽來(lái)源較為多樣，降雨條件較為復(fù)雜.總體上，廈門地區(qū)降水中d值表現(xiàn)為夏季低，冬季偏高，這與夏季降水氣團(tuán)來(lái)源于較濕潤(rùn)地區(qū)，冬季則相對(duì)干燥有關(guān).具體參見污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4)年尺度下，廈門地區(qū)氫氧同位素與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r分別為-0.477和-0.369，p<0.01)，即降水量效應(yīng).