地理科学  2018 , 38 (8): 1364-1369 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.08.019

Orginal Article

洞庭湖流域下落雨滴蒸发研究

黄一民12, 宋献方1, 何清华2, 章新平3

1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京100101
2.衡阳师范学院城市与旅游学院,湖南 衡阳421002
3.湖南师范大学资源与环境科学学院,湖南 长沙 410081

Study of Sub-cloud Evaporation in the Dongting Lake Basin

Huang Yimin12, Song Xianfang1, He Qinghua2, Zhang Xinping3

1.Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Science and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2. City and Tourism Management Department, Hengyang Normal University, Hengyang 421002, Hunan, China
3. College of Resources and Environmental Sciences, Hunan Normal University, Changsha 410081, Hunan, China

中图分类号:  P426.2

文献标识码:  A

文章编号:  1000-0690(2018)08-1364-06

收稿日期: 2017-09-1

修回日期:  2018-02-17

网络出版日期:  2018-08-20

版权声明:  2018 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.

基金资助:  国家自然科学基金项目(41401019)、湖南省自然科学基金(2018JJ2009)资助

作者简介:

作者简介:黄一民(1980-),男,湖南汨罗人,博士,讲师,主要从事同位素水文学研究。E-mail: hymin2004@sina.com

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摘要

通过在亚热带季风区内的洞庭湖流域对降水事件取样以及气象资料的收集,采用降水同位素对流域下落雨滴蒸发以及影响因素进行了研究。研究发现:流域不同季节大气水线的理论斜率均高于观测斜率,由此可判断形成流域降水的雨滴在下落过程中经历了不同程度的蒸发。进一步计算表明流域下落雨滴的蒸发比率介于0.21%~19.29%之间,蒸发比每增大1.0%,过量氘(d)将减小1.38‰。从主要影响下落雨滴蒸发的气温、湿度和雨滴直径来看,流域下落雨滴蒸发与气温呈显著正相关,与相对湿度、雨滴直径呈显著负相关。另外,流域下落雨滴蒸发随降水量增大呈指数函数递减,其并非指示降水量直接影响雨滴的蒸发,而是湿度、雨滴直径等综合作用的结果。

关键词: 过量氘 ; 下落雨滴蒸发 ; 洞庭湖流域

Abstract

In this study, to reveal the sub-cloud evaporation and influence factors on it, precipitation events were collected from January 2010 to December 2012, with the corresponding meteorological parameters, that is, amount of precipitation, air temperature and humidity measured in the Dongting Lake Basin, which located in the subtropical monsoon region. It is found that the theoretical slope of the meteoric water lines in different seasons are higher than the observed slope of the meteoric water lines, respectively, and it can be concluded that the raindrops formed in the basin have experienced evaporation during falling. Further calculations show that the evaporation rate of raindrops is between 0.21% to 19.29%, falling by 1.0%, and deuterium excess decreases by 1.38‰. As temperature, humidity and raindrop diameter are the main factors that affect evaporation of the falling raindrops, we found that the evaporation of the raindrops have significant positive correlation with the temperature, and significant negative correlation with the relative humidity and raindrop diameter. In addition, the evaporation of raindrops decreases exponentially with the increase of precipitation amount in the basin, that doesn’t illustrate precipitation amount’s affect, but the result of humidity and raindrop diameter.

Keywords: deuterium excess ; sub-cloud evaporation ; the Dongting Lake Basin

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黄一民, 宋献方, 何清华, 章新平. 洞庭湖流域下落雨滴蒸发研究[J]. 地理科学, 2018, 38(8): 1364-1369 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.08.019

Huang Yimin, Song Xianfang, He Qinghua, Zhang Xinping. Study of Sub-cloud Evaporation in the Dongting Lake Basin[J]. Scientia Geographica Sinica, 2018, 38(8): 1364-1369 https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2018.08.019

大气水汽循环是地球气候系统的一个重要内容,但目前对决定大气湿度的过程了解还非常有限[1,2]。如研究表明下落雨滴的蒸发对于云中热量、水分平衡贡献显著[3,4],然而对下落雨滴蒸发过程的观测却非常少[5]。从已观测到的过量氘(即deuterium excess, 记为d,d=δD-18O)同位素模式来看:下落雨滴的蒸发能使降水d减小[6,7],而当大气混和来自陆地蒸发的水汽后所形成的降水d会增加[8,9]。采用降水d对下落雨滴蒸发的研究显示:位于湿润地区的西太平洋的台湾,冬季下落雨滴蒸发的比例在7%~15%之间,夏季却没有观测到下落雨滴的蒸发[10];位于半湿润地区的阿尔卑斯山,下落雨滴蒸发的比例大约为1%~7%;位于半干旱地区的澳大利亚新南威尔士,下落雨滴蒸发的比例平均约为18.4%[11];位于干旱地区的天山,下落雨滴蒸发的比例在夏季甚至超过30%[12,13]

目前,对中国东部季风区下落雨滴的蒸发的研究还未见公开报道,对东部季风区的长江流域仅限于采用下落雨滴蒸发来解释同位素现象且存在一些出入。如孟玉川等[14]、吴华武等[15]统计了长江流域地面站点的降水量与大气水线的关系,发现随着降雨量的减小,大气水线的斜率和截距均在减小。他们认为较低的斜率和截距是由于雨滴降落过程中经历了蒸发,并且降雨量越小,雨滴云下蒸发作用越强,动力分馏效应越显著,从而导致斜率和截距越小。另外的研究则发现中国南方的长沙和广州,它们的降雨量与大气水线之间并不存在前述必然联系[16]。柳鉴容等[17]计算得到中国南部地区(涵盖长江流域中下游部分地区)夏季大气水线为δD=5.15×δ18O-15.5,根据斜率小于8,进而推断这一区域夏季降水历经了一定的蒸发。然而,从陈中笑等[18]的研究中可以看到长江流域的南京夏季大气水线的斜率是大于8的。因此,不管从水汽、热量循环还是解释同位素现象来看,查清长江流域下落雨滴蒸发是非常有必要的。

本研究选取位于长江流域中游的洞庭湖流域作为研究区域,通过对流域内降水事件取样分析,揭示了流域下落雨滴蒸发。研究对于亚热带季风区大气水汽、热量循环的认识具有重要意义。

1 研究区域概况

洞庭湖流域位于长江中游以南、南岭以北,介于107°13′~114°18′E、24°35′~30°27′N 之间。流域东南西三面环山,中部为丘陵和盆地,北部为平原,构成独特的“马蹄形”格局,总面积达26.28×104km2,占长江流域总面积的14.60%。流域受亚热带季风气候影响,冬夏季风交替,降水分布不均、年际变化大,旱涝灾害发生频率高,多年平均降水量1 376 mm[19]

2 资料与方法

2.1 水样采集

自2010 年1月1日起,在洞庭湖流域内的湖南师范大学资源与环境科学学院的气象园(112.93°E、28.19°N、海拔59 m)对大气降水(包括降雨、降雪)进行了采集,截至2012年12月31日,共采集水样405个,其中雨样397个,雪样8个。水样氢氧同位素的测定及计算详见文献[20]。

2.2 下落雨滴蒸发效应

Froehlich等[7]假定雨滴在云层底部与周围水汽处于同位素平衡分馏,则雨滴下落过程中蒸发对雨滴过量氘的影响可采用下式计算:

d-dc=F2-8F18(1)

式中,ddc分别为降水样、云层底部雨滴中过量氘;参数2F18F可采用下式计算获得[6]

iF=1-iγiαfiβ-1(2)

式中,iα为平衡状态下的分馏系数,i为2(对应2H)或18(对应18O),对于液-汽相之间的稳定同位素平衡分馏有[21]

lnα18=1.137T2×103-0.4156T-2.0667×10-3(3) lnα2=24.844T2×103-76.248T+52.612×10-3(4)

式中,T为大气水汽的冷凝温度,K通常采用降水时地面平均气温代替;参数 iγiβ的计算方法如下[6]

iγ=iαh1-αiDD'n1-h(5)

iβ=1-αiDD'n1-hiαDD'n1-h(6)

式中,h为相对湿度;实验表明n可取0.58[6]; DD'分别表示水和重水在大气中的扩散系数, DD'取1.024(对于2H)和1.029(对于18O)[6]

下落雨滴蒸发剩余比(f),可采用下式计算:

f=PP+Vevaptend(7)

式中,P为降水量; Vevap为下落雨滴蒸发速率(单位为g/s,需转化为mm/s),其计算公式为[22]

Vevap=4πrD1+Ers'ρa-ρb(8)

式中,r为下落雨滴半径,E为水汽交换中的实际热量, s'为雨滴蒸发的有效厚度, ρaρb分别为下落雨滴表面、周围大气的密度。

Kinzer[22]等通过实验,发现上式中 4πr1+Ers'主要受下落雨滴半径和温度影响、 ρa-ρb主要受温度和湿度影响,孔彦龙[23]对Kinzer的实验数据进行拟合,得到以下经验公式:

4πr1+Ers'=(-0.2445T+131.28)×0.2r1.6139(9)

Dρa-ρb=(-0.0073h+0.7264)×e(-0.00002×h+0.0371)×T

(10)

式中,T为大气水汽的冷凝温度。

tend为雨滴降落时间,可由下式计算获得:

tend=LVend(11)

式中,L为雨滴下落距离,假设雨滴脱离云层底部为850 hpa高度处(记为Hcb),此高度约为1 500 m[12,24],则雨滴下落距离1 441 m(取样点海拔59 m);Vend为雨滴下落末速度,m/s,可采用下式计算[25]

Vend=9.58e0.0354Hcb1-e-D1.771.147,0.3D<6.01.88e0.0256Hcb1-e-D0.3041.819,0.05D<0.328.40D2e0.0172Hcb,D<0.05 (12)

由于雨滴直径为非常规气象观测项目,因此往往难以给出雨滴具体直径。Best[26]给出了雨滴大小分布的数学式:

1-K=e-DAIqc(13)

式中,K为直径小于D的雨滴占大气中液态水的份额,I为降水强度,参数cAq分别取2.250、1.300、0.232。如果F取0.5,则雨滴直径的中位数 D50可表示为:

D50=0.69cAIq(14)

3 结果分析

3.1 过量氘的季节变化

对于一地降水而言,一年中的一定时段内,若形成降水的水汽来源相对稳定,降水d将不会发生显著地变化。图1给出了洞庭湖流域内长沙降水d随时间的变化。可以看到,降水d具有明显的季节变化,表现出夏半年的低值和冬半年的高值,这也表明不同季节流域降水的水汽来源非常复杂。3个完整的年周期内,春夏秋冬4个季节d的降水量加权平均值依次为16.71‰、10.28‰、14.76‰、19.45‰。对于形成研究区降水的水汽而言,春季源自西太平洋的水汽d值高于全球平均(10‰),而夏季源自印度洋的水汽d值低于全球平均[27]。可以看到,流域长沙夏季降水d高于印度洋初始水汽过量氘,这显然与陆地蒸发水汽的补充有关,因为陆地蒸发水汽的过量氘含量高,当其与来自海洋的水汽混合后形成的降水d会增大。

图 1   洞庭湖流域长沙降水d随季节变化
a为逐日变化,b为逐月降水量加权平均值

Fig. 1   Temporal change of the precipitation d-excess in the Changsha of Dongting Lake Basin

3.2 大气水线

研究表明,大气水汽凝结若在平衡分馏条件下进行,则大气水线的斜率与水汽冷凝时的温度(通常采用近地面气温替代)存在如下关系[28]

ST=2α-11000+δD18α-11000+δ18O(15)

式中, 2α18α分别对应液-气相时,氢和氧同位素的平衡分馏系数。这里,我们计算了长沙全年及春夏秋冬大气水线的观测斜率(S)与理论斜率(ST),结果见表1。从表中可以发现,4个季节大气水线的理论斜率均大于观测斜率,这主要由下落雨滴蒸发引起降水中d减小,结果使得大气水线的斜率减小[10,29,30]。研究认为大气水线的理论斜率与观测斜率差值大小与下落雨滴蒸发强度成正比[31],由此判断长沙下落雨滴蒸发强度:冬>春>秋>夏。我们注意到全年大气水线的理论斜率略低于观测斜率,这种情形在中国南方的常熟、桃源、环江也存在[31]。另外,长沙全年大气水线的理论斜率与洞庭湖流域的桃源(8.55)和会同(8.55)非常接近[31],这也反应它们具有相似的水汽来源。

表1   洞庭湖流域长沙大气水线观测与理论斜率

Table 1   The slope of meteoric water line for observed and theoretical in the Dongting Lake Basin

全年
S8.578.247.858.118.33
ST8.568.757.978.399.04

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3.3 下落雨滴蒸发效应

将长沙降水时的相对湿度、气温、降水量等代入公式(1)~(14),对下落雨滴的蒸发进行计算,结果见图2。从图中可以有以下几点发现:下落雨滴的蒸发比率最小为0.21%(对应降水d减小-0.23‰),蒸发比率最大为19.29%(对应降水d减小-27.59‰)。下落雨滴的蒸发比率每增大1.0%,降水d将减小1.38‰。这与西欧的阿尔卑斯山区(蒸发比率增大1.0%,降水d减小1.1‰)[7]、中国西北地区的新疆(蒸发比率增大1.0%,降水d减小1.0‰~1.2‰)[12,13]非常接近。进一步分析发现,图中左上角的点多对应降水量大或气温低的降水事件,即形成这些降水的雨滴在下落过程中蒸发效应较弱;散布在图中右下方的点多对应降水量小或气温高的降水事件,它们对应雨滴在下落过程经历蒸发较强。

图2   洞庭湖流域长沙下落雨滴蒸发比对降水过量氘改变

Fig.2   Change of sub-cloud evaporation fraction to d-excess with increasing estimated in Changsha of the Dongting Lake Basin

3.4 气象要素对下落雨滴蒸发的影响

研究表明气温、湿度以及雨滴大小是影响下落雨滴蒸发的主要因子[11,13,24]。为了揭示研究区上述因子对下落雨滴蒸发的影响,这里计算了上述因子与下落雨滴蒸发比关系。同时,还给出了降水量与下落雨滴蒸发比的关系,结果见图3。可以看到,下落雨滴蒸发比与气温呈显著正相关,与相对湿度则呈显著负相关(均超过0.01的信度水平),即气温越高,湿度越小,下落雨滴蒸发越强烈,反之气温越低,湿度越大,下落雨滴蒸发越弱。就雨滴直径来看,下落雨滴蒸发随雨滴直径增大而减弱,其原因在于,雨滴直径越大,雨滴表面曲率越小,水分子越不易逃离雨滴,即越不易蒸发。下落雨滴蒸发随降水量的变化表现出指数函数变化,大致以降水量10 mm为界,降水量大于10 mm时,雨滴蒸发随降水量增大变化非常小;降水量小于10 mm时,雨滴蒸发随降水量减小而增加非常快。降水量与下落雨滴蒸发之间的这种关系并非指示降水量直接影响雨滴的蒸发,而是湿度、雨滴直径等综合作用的结果,如降水量越大,往往对应湿度、雨滴直径越大。

图 3   洞庭湖流域长沙下落雨滴蒸发比与气温(a)、相对湿度(b)、雨滴直径(c)和降水量(d)的关系

Fig.3   Relationships of sub-cloud evaporation with air temperature(a), relative humidity(b), raindrop diameter(c), and precipitation(d) at Changsha in the Dongting Lake

4 结论

为了揭示亚热带季风区水汽再循环,研究通过在洞庭湖流域长沙的降水事件取样,利用降水中过量氘对下落雨滴蒸发进行了研究,得到以下结论:

1) 地处亚热带季风区的洞庭湖流域,降水中过量氘季节变化明显,这主要因不同季节的降水具有不同的水汽源,如春季降水主要源自西太平洋d含量高的水汽凝结,夏季降水则主要源自印度洋d含量低的水汽凝结。另外,夏季降水中过量氘高于全球平均则与陆地蒸发水汽补充有关。

2) 对流域不同季节大气水线的理论斜率、观测斜率的比较发现,前者均高于后者,由此可判断形成流域降水的雨滴在下落过程经历了一定蒸发。理论斜率与观测斜率差值则显示四季中下落雨滴蒸发强度关系为:冬>春>秋>夏。计算表明流域下落雨滴的蒸发比介于0.21%~19.29%之间,蒸发比每增大1.0%,降水d将减小1.38‰。

3) 流域下落雨滴蒸发与气温呈显著正相关、与相对湿度和雨滴直径均表现出显著负相关,即表明气温越高、湿度越小、雨滴直径越小,雨滴下落过程中蒸发越强烈,反之气温越低、湿度越大、雨滴直径越大,雨滴蒸发则越弱。另外,下落雨滴蒸发随降水量增大而呈指数函数递减,这并非指示降水量直接影响雨滴的蒸发,而是湿度、雨滴直径等综合作用的结果,如降水量越大,湿度、雨滴直径往往越大。

The authors have declared that no competing interests exist.


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对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ<SUP>2</SUP>H和δ<SUP>18</SUP>O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ<SUP>2</SUP>H=7.965δ<SUP>18</SUP>O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从&lt;10mm至&gt;300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812&#215;10<SUP>-3</SUP>减小为-5.479&#215;10<SUP>-3</SUP>。δ<SUP>2</SUP>H~δ<SUP>18</SUP>O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。

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对长江流域443个GNIP的降水样品同位素原始资料,分降雪和降雨进行δ<SUP>2</SUP>H和δ<SUP>18</SUP>O线性回归,得到降雪样品的相关方程为δ<SUP>2</SUP>H=7.965δ<SUP>18</SUP>O+17.114,有最大的斜率和截距;而降雨样品根据降水量大小从&lt;10mm至&gt;300mm分为4组后,得到的相关方程随着降水量的减小,斜率和截距均减小,斜率从7.701减小为5.705,截距从7.812&#215;10<SUP>-3</SUP>减小为-5.479&#215;10<SUP>-3</SUP>。δ<SUP>2</SUP>H~δ<SUP>18</SUP>O相关方程的斜率及截距与气温、水汽压之间的关系表明,在降水从云层底部降落到地面的过程中,仅较小降雨事件有明显的二次蒸发现象,并伴随着同位素的分馏。长江流域较小降雨事件占有比例很小,仅为所有降水事件的6.32%,所以二次蒸发效应仅引起地区大气降水方程斜率和截距的微弱减小。研究表明,单个降水原始资料的同位素分析,能产生长期加权平均降水同位素分析得不到的宝贵信息。
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[J]. 自然资源学报, 2012,27(8): 1404-1414.

https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.08.014      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

根据2010年在长沙地区进行降水收集和气象要素观测的资料,分析了该地区降水中δ<sup>18</sup>O与温度、降水量之间的关系,揭示了降水中δD、δ<sup>18</sup>O的变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ<sup>18</sup>O变化的影响。结果表明,在天气尺度下,长沙地区大气降水中δ<sup>18</sup>O与降水量、温度之间存在显著的负相关关系,即该地区降水中δ<sup>18</sup>O的变化具有显著的降水量效应及反温度效应。对长沙地区的降雪样和降雨样进行线性回归,得出大降水事件和降雪的大气降水线具有较大斜率和截距。随着降水量的减小,大气降水线方程的斜率和截距也逐渐减小,这主要由于小降水事件的雨滴在降落过程中受到二次蒸发强烈,同位素分馏强烈。利用HYSPLIT模式追踪该地区气流的轨迹发现,在季风降水期间(5—9月),δ<sup>18</sup>O值偏低的水汽主要来自孟加拉湾、南海洋面与西太平洋海区;在非季风降水期间(10—4月),δ<sup>18</sup>O值偏高的水汽主要来自西风带携带的水汽和局地水汽环流。

[Wu Huawu, Zhang Xinping, Guan Huade et al.

Influences of different moisture soureces on δD and δ18O in precipitation in Changsha, Hunan Province

. Journal of Natural Resources, 2012,27(8): 1404-1414.]

https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.08.014      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

根据2010年在长沙地区进行降水收集和气象要素观测的资料,分析了该地区降水中δ<sup>18</sup>O与温度、降水量之间的关系,揭示了降水中δD、δ<sup>18</sup>O的变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ<sup>18</sup>O变化的影响。结果表明,在天气尺度下,长沙地区大气降水中δ<sup>18</sup>O与降水量、温度之间存在显著的负相关关系,即该地区降水中δ<sup>18</sup>O的变化具有显著的降水量效应及反温度效应。对长沙地区的降雪样和降雨样进行线性回归,得出大降水事件和降雪的大气降水线具有较大斜率和截距。随着降水量的减小,大气降水线方程的斜率和截距也逐渐减小,这主要由于小降水事件的雨滴在降落过程中受到二次蒸发强烈,同位素分馏强烈。利用HYSPLIT模式追踪该地区气流的轨迹发现,在季风降水期间(5—9月),δ<sup>18</sup>O值偏低的水汽主要来自孟加拉湾、南海洋面与西太平洋海区;在非季风降水期间(10—4月),δ<sup>18</sup>O值偏高的水汽主要来自西风带携带的水汽和局地水汽环流。
[16] 黄一民, 章新平, 孙葭.

长沙大气水线及与局地气象要素的关系

[J]. 长江流域资源与环境, 2014,23(10): 1412-1417.

https://doi.org/10.11870/cjlyzyyhj201410011      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>基于2010年1月1日至2012年12月31日长沙降水事件同位素资料,计算了长沙不同季节的大气水线,同时结合广州降水事件同位素资料,分析了影响大气水线的局地因素。研究发现:(1)长沙全年大气水线为&delta;D=857&times;&delta;18O+1855,它与我国东部季风区尤其是南方多地的大气水线非常接近。夏季大气水线很可能受西南季风和东南季风输送不同水汽的影响而斜率小于8;(2)与以前的研究结果不同,长沙、广州两地降水量与大气水线的关系均表明降水量与大气水线并不存在必然联系。气温、湿度对大气水线的影响也并非依照它们对分馏效应比的作用结果,这表明影响大气水线的因素是复杂的;(3)降雨、降雪的大气水线存在差异不能简单归因于降雨过程中同位素云下二次蒸发引起的同位素分馏比降雪明显,还需考虑液-汽、固-汽相变过程中,分别对应的凝结、凝华产生的分馏效应比差异</p>

[Huang Yimin, Zhang Xinping, Sun Jia et al.

Meteoric water line and relationship with local meteorological factors in Changsha

. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2014,23(10): 1412-1417.]

https://doi.org/10.11870/cjlyzyyhj201410011      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>基于2010年1月1日至2012年12月31日长沙降水事件同位素资料,计算了长沙不同季节的大气水线,同时结合广州降水事件同位素资料,分析了影响大气水线的局地因素。研究发现:(1)长沙全年大气水线为&delta;D=857&times;&delta;18O+1855,它与我国东部季风区尤其是南方多地的大气水线非常接近。夏季大气水线很可能受西南季风和东南季风输送不同水汽的影响而斜率小于8;(2)与以前的研究结果不同,长沙、广州两地降水量与大气水线的关系均表明降水量与大气水线并不存在必然联系。气温、湿度对大气水线的影响也并非依照它们对分馏效应比的作用结果,这表明影响大气水线的因素是复杂的;(3)降雨、降雪的大气水线存在差异不能简单归因于降雨过程中同位素云下二次蒸发引起的同位素分馏比降雪明显,还需考虑液-汽、固-汽相变过程中,分别对应的凝结、凝华产生的分馏效应比差异</p>
[17] 柳鉴容, 宋献方, 袁国富, .

我国南部夏季季风降水水汽来源的稳定同位素证据

[J]. 自然资源学报, 2007,22(6): 1004-1012.

https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2007.06.018      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

我国南部地区夏季降水多受季风影响。不同的季风将来自不同通道的水汽带入我国境内,控制降水的时空分布。论文利用CHNIP(中国大气降水同位素网络)中位于南部地区的观测站点,在2005年7月间,收集了月大气降水样及同步观测的气象数据。分析表明,降水中稳定氢氧同位素的空间分布可以很好地示踪和反演该地区夏季季风降水的3个主要水汽来源以及传输路径&mdash;&mdash;体现南亚季风的西南水汽通道、体现南海季风的南海水汽通道及体现副热带季风的东南水汽通道。得到的大气降水线方程:&delta;D=5.15&delta;<sup>18</sup>O-15.5反映了我国南部地区的降水过程历经了一定的蒸发。对&delta;<sup>18</sup>O与各环境因子的关系进行探讨时发现,&delta;<sup>18</sup>O与降雨量和高程存在对数关系,而与温度和相对湿度间存在显著的二次函数关系。综合考虑各环境因子对&delta;<sup>18</sup>O的影响,给出多元线性回归方程:&delta;<sup>18</sup>O(&permil;)=0.007H(m)+1.47T(℃)-0.02P(mm)+0.24RH(%)-66.3。

[Liu Jianrong, Song Xianfang, Yuan Guofu et al.

Stable isotope evidence of vapor sources in summer monsoonal precipitation over Southern China

. Journal of Natural Resources, 2007,22(6): 1004-1012.]

https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2007.06.018      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

我国南部地区夏季降水多受季风影响。不同的季风将来自不同通道的水汽带入我国境内,控制降水的时空分布。论文利用CHNIP(中国大气降水同位素网络)中位于南部地区的观测站点,在2005年7月间,收集了月大气降水样及同步观测的气象数据。分析表明,降水中稳定氢氧同位素的空间分布可以很好地示踪和反演该地区夏季季风降水的3个主要水汽来源以及传输路径&mdash;&mdash;体现南亚季风的西南水汽通道、体现南海季风的南海水汽通道及体现副热带季风的东南水汽通道。得到的大气降水线方程:&delta;D=5.15&delta;<sup>18</sup>O-15.5反映了我国南部地区的降水过程历经了一定的蒸发。对&delta;<sup>18</sup>O与各环境因子的关系进行探讨时发现,&delta;<sup>18</sup>O与降雨量和高程存在对数关系,而与温度和相对湿度间存在显著的二次函数关系。综合考虑各环境因子对&delta;<sup>18</sup>O的影响,给出多元线性回归方程:&delta;<sup>18</sup>O(&permil;)=0.007H(m)+1.47T(℃)-0.02P(mm)+0.24RH(%)-66.3。
[18] 陈中笑, 程军, 郭品文, .

中国降水稳定同位素的分布特点及其影响因素

[J]. 大气科学学报, 2010, 33(6): 667-679.

[本文引用: 1]     

[Chen Zhongxiao, Cheng Jun, Guo Pinwen et al.

Distribution characters and its control factors of stable isotope in precipitation over China

. Transactions of Atmospheric Sciences, 2010,33(6): 667-679.]

[本文引用: 1]     

[19] 孙葭, 章新平, 黄一民, .

基于多源降水数据的洞庭湖流域夏季降水与西太平洋副热带高压的关系

[J]. 地理科学, 2016,36(7): 1111-1124.

[本文引用: 1]     

[Sun Jia, Zhang Xinping, Huang Yimin et al.

Relationship between summer precipitation of different data in Dongting Lake and western Pacific subtropical high

. Scientia Geographica Sinica, 2016, 36(7): 1115-1124.]

[本文引用: 1]     

[20] 黄一民, 宋献方, 章新平, .

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

[J]. 地理科学, 2017,37(5): 792-798.

[本文引用: 1]     

[Huang Yimin, Song Xianfang, Zhang Xinping et al.

Relationship of stable water isotopes in precipitation with ENSO in Dongting Lake Basin

. Scientia Geographica Sinica, 2017, 37(5):792-798.]

[本文引用: 1]     

[21] Majoube M.

Fractionnement en oxygene-18 et en deuterium entre l’eau et sa vapeur

[J]. Journal de Chimie Physique, 1971,68(10): 1423-1436.

https://doi.org/10.1051/jcp/1971681423      URL      [本文引用: 1]     

[22] Kinzer G D, Gunn R.

The evaporation, temperature and thermal relaxation-time of freely falling water drops

[J]. Journal of Meteorology, 1951,8(2): 71-83.

https://doi.org/10.1175/1520-0469(1951)008&lt;0071:TETATR&gt;2.0.CO;2      URL      [本文引用: 2]     

[23] 孔彦龙.

基于氘盈余的内陆干旱区水汽再循环研究

[D]. 北京: 中国科学院大学中国科学院地质与地球物理研究所, 2013.

[本文引用: 1]     

[Kong Yanlong.

Quantifying recycled moisture fraction in precipitation of an arid region using deuterium excess

. Beijing: Institute of Geology and Geophysics Chinese Academy of Sciences, Beijing, China.]

[本文引用: 1]     

[24] Salamalikis V, Argiriou A A, Dotsika E.

Isotopic modeling of the sub-cloud evaporation effect in precipitation

[J]. Science of The Total Environment, 2016,544: 1059-1072.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.11.072      URL      [本文引用: 2]     

[25] Best A C.

Empirical formulae for the terminal velocity of water drops falling through the atmosphere

[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1950a,76(329): 302-311.

https://doi.org/10.1002/(ISSN)1477-870X      URL      [本文引用: 1]     

[26] Best A C.

The size distribution of raindrops

[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1950b,76: 16-36.

https://doi.org/10.1002/(ISSN)1477-870X      URL      [本文引用: 1]     

[27] 谭明, 南素兰, 段武辉.

中国季风区大气降水同位素的季节尺度环流效应

[J]. 第四纪研究, 2016, 36(3): 575-580.

https://doi.org/10.11928/j.issn.1001-7410.2016.03.07      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>Dansgaard于1964提出月尺度降水<em>&delta;</em><sup>18</sup>O的降水量效应(或称雨量效应), 之后在古气候研究中被广泛应用于解释古季风强度的变化以及重建降水量。但在具有复合水源的中国季风区, 这一应用遇到了困难。近年来, 根据大量的观测数据, 指出至少在中国季风区还存在另外一种同位素效应: 环流效应。对于中国东部广大季风区来说, 临近的太平洋提供近源水汽, 而印度洋提供远源水汽。由于海洋和大气环流的变化, 如热带太平洋海温梯度的变化, 或西太平洋副热带高压的变化等, 可导致从太平洋和印度洋向中国季风区输送的近远源水汽比率发生变化, 从而导致了大气降水<em>&delta;</em><sup>18</sup>O变化: 无论降水量大或小, 如果水汽来自太平洋, 则降水 <em>&delta;</em><sup>18</sup>O值偏高, 如果水汽来自印度洋, 则降水<em>&delta;</em><sup>18</sup> O值偏低。本研究进一步分析了降水同位素季节尺度的环流效应, 并引用SPR(江南春雨)这个气候学概念, 成功地解释了2012年的降水量效应佯谬。 降水同位素的环流效应概念不仅对同位素气象学和气候学有参考价值, 也有助于我们理解作为古气候代用指标的<em>&delta;</em><sup>18</sup>O的信号意义。</p>

[Tan Ming, Nan Sulan, Duan Wuhui.

Seasonal scale circulation effect of stable isotope in atmospheric precipitation in the monsoon regions of China

. Quaternary Sciences, 2016, 36(3): 575-580.]

https://doi.org/10.11928/j.issn.1001-7410.2016.03.07      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

<p>Dansgaard于1964提出月尺度降水<em>&delta;</em><sup>18</sup>O的降水量效应(或称雨量效应), 之后在古气候研究中被广泛应用于解释古季风强度的变化以及重建降水量。但在具有复合水源的中国季风区, 这一应用遇到了困难。近年来, 根据大量的观测数据, 指出至少在中国季风区还存在另外一种同位素效应: 环流效应。对于中国东部广大季风区来说, 临近的太平洋提供近源水汽, 而印度洋提供远源水汽。由于海洋和大气环流的变化, 如热带太平洋海温梯度的变化, 或西太平洋副热带高压的变化等, 可导致从太平洋和印度洋向中国季风区输送的近远源水汽比率发生变化, 从而导致了大气降水<em>&delta;</em><sup>18</sup>O变化: 无论降水量大或小, 如果水汽来自太平洋, 则降水 <em>&delta;</em><sup>18</sup>O值偏高, 如果水汽来自印度洋, 则降水<em>&delta;</em><sup>18</sup> O值偏低。本研究进一步分析了降水同位素季节尺度的环流效应, 并引用SPR(江南春雨)这个气候学概念, 成功地解释了2012年的降水量效应佯谬。 降水同位素的环流效应概念不仅对同位素气象学和气候学有参考价值, 也有助于我们理解作为古气候代用指标的<em>&delta;</em><sup>18</sup>O的信号意义。</p>
[28] Criss R E.Principles of stable isotope distribution[M]. New York: Oxford University Press, 1999.

[本文引用: 1]     

[29] Clark I D, Fritz P.

Environmental isotopes in hydrogeology

[M]. New Jersey: Lewis Publishers, 1997.

[本文引用: 1]     

[30] Araguás-Araguás L, Froehlich K, Rozanski K.

Stable isotope composition of precipitation over southeast Asia

[J]. Journal of Geophysical Research, 1998,103(D22): 28721-28742.

https://doi.org/10.1029/98JD02582      URL      [本文引用: 1]     

[31] Liu J, Song X, Yuan G et al.

Stable isotopic compositions of precipitation in China

[J]. Tellus B, 2014,66(0),doi: 10.3402/tellusb.v66.22567.

[本文引用: 3]     

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