亚洲中部干旱区大气水汽同位素特征及其影响因素.pdf

摘要

摘要

大气水汽氢氧稳定同位素蕴含着丰富的水文信息，与降水同位素相比，

水汽同位素不仅具有连续的时空分布，而且对大气水循环反应敏感。在亚

洲中部干旱区，降水稀少，水资源驱动着人口分布和人类活动，深入认识

水汽变化及其影响因素可以为水资源合理利用和可持续发展提供依据。本

文根据卫星遥感资料对LMDZ模型模拟的大气水汽氢氧稳定同位素数据进

行订正，研究了亚洲中部干旱区的水汽同位素年内和年际变化特征，结合

气象站点数据分析了水汽同位素变化的局地影响因素，并探讨了水汽通量

及后向轨迹与水汽同位素之间的关系。研究有助于深刻理解亚洲中部干旱

区降水和水汽同位素的影响机制，为干旱区现代天气气候过程诊断和古气

候代用指标解释提供参考。研究结果显示：

（1）亚洲中部干旱区1980–2021年水汽δD值呈现夏季富集而冬季贫化

的季节变化特征，水汽δD月均最低值出现在12月，最高值西部出现在6

月，东部则在7月。在年际尺度上，亚洲中部干旱区1980–2021年水汽δD

区域平均值没有显著的上升或下降趋势，但东部和西部的线性倾向率存在

差异。亚洲中部干旱区水汽同位素在纬度方向上由南向北逐渐贫化，垂直

方向上由低到高逐渐贫化。随着纬度的增加，水汽δD的变化趋势也相应变

弱。从δD季节差的空间分布来看，亚洲中部干旱区的东部与西部季节差相

对较大，而中部季节差较小，较大的季节差出现在东部。

（2）亚洲中部干旱区水汽同位素值与气温在月尺度时间序列下存在显

著的正相关，但是年尺度时间序列下则温度效应被弱化。根据月尺度时间

序列，水汽δD与气温的回归方程为δD=4.72T–283.96（r=0.79），水汽同位

素存在显著的温度效应，平均气温每升高1℃，水汽δD升高4.72‰，各站

点的相关系数均大于0.60，最大可达0.99。月尺度下水汽δD与降水量的回

归方程为δD=0.02P–231.44（r=0.003），全局不存在降水量效应，但在研究

区西南部一些站点存在降水量效应。从年尺度时间序列来看，水汽δD的温

度效应（r=0.18）相较于月尺度时间序列明显弱化。

（3）亚洲中部干旱区年均水汽δD值与水汽通量变化存在联系，水汽

同位素富集年和贫化年的水汽通量大小和方向都存在差异。当纬向水汽通

量（西风）更强时，或者经向水汽通量（南风）更强时，亚洲中部干旱区

水汽同位素都有更为富集的趋势。控制同位素年际变化的纬向水汽通量关

I

摘要

键区大致在30°N~50°N和50°E~90°E之间，经向关键区主要在30°N~45°N

和50°E~65°E之间。选出水汽同位素最为富集和贫化的年份进行比较，发现

与同位素贫化年相比，同位素富集年的水汽通量更大，相对水汽来源位置

和水汽输送轨迹更偏南，这可能对应着中纬度西风的强度增强和路径偏南，

从而携带更多同位素富集的中低纬近距离水汽，导致亚洲中部干旱区水汽

同位素富集。

关键词：水汽同位素；温度效应；水汽通量；亚洲中部干旱区

II

Abstract

Abstract

Stablehydrogenandoxygenisotopesinatmosphericwatervaporcontain

importanthydrologicalinformation.Comparedwithprecipitationisotopes,water

vaporisotopesnotonlyhaveacontinuousspatiotemporaldistribution,butarealso

sensitivetoatmosphericwatercycle.InaridcentralAsia,w