重慶大氣降水中氫氧同位素變化及與ENSO事件的響應(yīng)機(jī)制探究.pdf

1、目前全球氣候與環(huán)境變化及其應(yīng)對(duì)措施已經(jīng)逐漸變?yōu)槿虿毮康闹卮笊鐣?huì)問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)政府間的氣候變化專(zhuān)委會(huì)第五次評(píng)價(jià)(IPCC-AR5)第一工作組報(bào)告指出，全球氣候系統(tǒng)變暖已經(jīng)毋庸置疑，在北半球地區(qū)的過(guò)去1400年中，最近30年的氣溫可能達(dá)到最暖。在氣候變暖影響下，大氣環(huán)流背景正出現(xiàn)一系列耦合性變化，同時(shí)體現(xiàn)在氣候系統(tǒng)的變化還有：溫室氣體排放增多、溫度升高、積雪融化、海平面上升、全球水體循環(huán)變化、極端氣候事件和極端冷暖事件增多等方面，均已深刻危

2、及人類(lèi)生存和發(fā)展。厄爾尼諾-南方濤動(dòng)現(xiàn)象(ENSO)是影響赤道地區(qū)氣候環(huán)境年際變化的主導(dǎo)因素，并且對(duì)全球氣候及環(huán)境變化具有重要的影響。作為記錄和重建古氣候變化的重要示蹤信息—穩(wěn)定同位素信息，具有攜帶信息體種類(lèi)豐富、受噪音干擾小、對(duì)氣候和環(huán)境變化響應(yīng)敏感等特點(diǎn)而受到眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。通過(guò)不同尺度現(xiàn)代大氣降水?dāng)?shù)據(jù)的持續(xù)監(jiān)測(cè)，解譯區(qū)域降水同位素變化特征，追蹤水汽來(lái)源及響應(yīng)大尺度環(huán)流變化，可以完善全球及區(qū)域尺度大氣降水穩(wěn)定同位素信息庫(kù)。更好地

3、為全球氣候環(huán)境變化背景下，人類(lèi)生存與社會(huì)發(fā)展過(guò)程中如何應(yīng)對(duì)極端氣候事件的影響提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)和決策依據(jù)，為水文學(xué)和古氣候?qū)W領(lǐng)域研究和發(fā)展奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。
　　本研究以重慶市西南大學(xué)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以降水中穩(wěn)定氫氧同位素為主要監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)研究區(qū)大氣場(chǎng)降水進(jìn)行了15個(gè)月(2015年4月～2016年9月)的現(xiàn)代指標(biāo)連續(xù)監(jiān)測(cè)，并于實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試大氣降水中穩(wěn)定氫氧同位素信息數(shù)據(jù)，并結(jié)合中國(guó)氣象臺(tái)(China Meteorological Obs

4、ervatory)北碚氣象站相關(guān)氣象數(shù)據(jù)和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局NOAA(National Oceanic and Atmosphereic Administration)提供的NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)逐日全球再分析數(shù)據(jù)資料，分析了氧同位素季節(jié)變化特征和環(huán)境效應(yīng)及大

5、尺度大氣環(huán)流特征，并對(duì)重慶地區(qū)場(chǎng)降水中氫氧同位素響應(yīng)ENSO事件的機(jī)制進(jìn)行了初步論證和探討。
　　結(jié)合現(xiàn)代大氣場(chǎng)降水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，探討研究區(qū)大氣場(chǎng)降水中δ18O變化特征響應(yīng)大氣環(huán)流的氣候意義。研究發(fā)現(xiàn)，重慶降水中δ18O值的變化范圍是－13.11‰～1.81‰，δD值變化范圍是－96.31‰～28.70‰，δ18O、δD、d-excess值季節(jié)性變化顯著，夏低冬高。研究時(shí)段，重慶地區(qū)大氣降水線方程為δD=8.25δ18O+12.23,

6、(R2=0.98,n=129)，斜率和截距與全球大氣降水線差別不大。根據(jù)夏季風(fēng)活動(dòng)將降水樣品細(xì)分為夏半年組和冬半年組，得出夏半年δ18O-δD的線性方程為：δD=8.28δ18O+12.15,(R2=0.98,n=99)和冬半年δ18O-δD的相關(guān)關(guān)系：δD=7.28δ18O+10.05,(R2=0.90,n=30)，探討季節(jié)尺度下水汽來(lái)源差異對(duì)斜率和截距的影響。又依據(jù)降水量(P)的大小將樣品細(xì)分4組后分別分析線性回歸方程，得到的斜率和

7、截距基本上隨著降水量的增加而升高，斜率從7.99（P≤5）增至8.65（10　　通過(guò)降水中穩(wěn)定同位素與研究區(qū)氣象要素線性相關(guān)關(guān)系分析，全年降水中δ18O與降水量呈現(xiàn)出微弱的反相關(guān)關(guān)系：δ18O=-0.06P-4.19,(R2=0.12,n=129，P＜0.001)；δ18O與溫度相關(guān)性較弱并且

8、為負(fù)相關(guān)：δ18O=-0.28T+1.12,(R2=0.08,n=129，P＜0.001)，季節(jié)尺度分別回歸得到夏半年和冬半年降水量效應(yīng)和溫度效應(yīng)也不十分顯著，可能是大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)在某種程度上掩蓋了季風(fēng)區(qū)的溫度和降水量效應(yīng)。通過(guò)計(jì)算水汽通量和水汽通量散度模擬矢量水汽輸送場(chǎng)，分析大尺度環(huán)流模式中ENSO事件聯(lián)系下，熱帶輻合帶ITCZ對(duì)夏半年降水中δ18O變化的可能影響，根據(jù)研究區(qū)2015年和2016年夏半年大氣降水中δ18O的相似變化特征，

9、可把夏半年分為五個(gè)階段分析，第一階段：五月和六月初，δ18O維持較高值；第二階段：δ18O值開(kāi)始逐漸下降，一般在六月中旬；第三階段：δ18O值是夏半年的最低值，并且持續(xù)偏低；第四階段：自八月末開(kāi)始，δ18O值開(kāi)始呈攀高趨勢(shì)，出現(xiàn)第二次峰值；第五階段，δ18O值開(kāi)始下降，并呈波動(dòng)偏低狀態(tài)。分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)比水汽矢量輸送場(chǎng)及降水中δ18O值特征性的變化，與ITCZ對(duì)流活動(dòng)的位置在南海和低緯度西太平洋、孟加拉灣等地變化以及強(qiáng)度變化密切相關(guān)。

10、>　　運(yùn)用逐月風(fēng)場(chǎng)資料模擬矢量風(fēng)場(chǎng)，結(jié)合HYSPLIT軌跡模型，結(jié)果表明，夏半年水汽來(lái)源是低緯度的阿拉伯海、孟加拉灣和南海，使得夏季降水中穩(wěn)定同位素值偏低；冬半年水汽來(lái)源是蒙古-西伯利亞高原以及局地水分循環(huán)，降水中δ18O呈現(xiàn)高值。研究區(qū)降水中δ18O變化顯著響應(yīng)于2015/2016ENSO時(shí)期，2015年El Ni?o事件夏半年降水中δ18O降水加權(quán)平均值為－7.05‰，2016年La Ni?a事件夏半年降水中δ18O為－6.29‰，

11、2015年降水加權(quán)平均值顯著偏負(fù)。根據(jù)夏季風(fēng)影響期間階段對(duì)比，第3～5階段為El Ni?o和La Ni?a事件特征顯著時(shí)期，2015年和2016年降水中δ18O分別是－9.00‰和－6.88‰。2015年5～9月為El Ni?o盛期，同時(shí)，El Ni?o事件影響下2015夏半年的d平均值為13.4‰，顯著高于2014年和2016年同期平均值。結(jié)果表明研究區(qū)在El Ni?o時(shí)期及其衰減期，2015年夏半年樣品統(tǒng)計(jì)降水量1018.8mm，且