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夏正宇等:《Global Biogeochemical Cycles》非极地降水“过量氘“的季节性

发布时间:2022-12-16 11:27 点击数:

在同位素水文学中,“过量氘”指标表征水中重氢(2H)相对于重氧(18O)的盈余程度,可示踪水循环历程中的动力学分馏过程。过去的研究常认为大气降水的“过量氘”主要反映海洋水汽源区的气候条件,但很多研究也指出“过量氘”受到其他作用的影响,例如陆地水汽再循环、云微物理条件、云下雨滴二次蒸发等。然而,几乎未有研究尝试分离上述多重作用对大气降水“过量氘”的影响。本研究尝试定量解析上述多重作用,以回答全球中低纬度地区大气降水“过量氘”季节性变化的机制。

本研究发现,大气降水“过量氘”的季节性变化在低纬度地区强烈受控于对流活动所伴生的云下雨滴二次蒸发作用强度,在中纬度地区则可能主要受控于海洋水汽源区的气候条件,并叠加了其他作用。其中,在中纬度内陆地区,水汽再循环作用的季节性极强,但对大气降水“过量氘”季节性的影响较弱。基于该发现,本研究发展出一种“季节性水储库”模型,表明陆地蒸散发通量的同位素组成受到近地表水量及蒸散发组分的共同控制,并此消彼长,解答了季节性水汽再循环作用对大气降水“过量氘”影响较弱的原因(图1)。本研究还强调,在特定条件下,冷凝形成液态降水过程和经典的水汽同位素瑞利分馏过程也会对“过量氘”产生影响。

本研究的主要贡献在于通过多级简单模型,论述了“过量氘”受到水循环历程中多重作用的叠加影响,具有普遍的不守恒性质,因此不同于过去强调其守恒性质的传统观点。

以上研究成果以“The Seasonality of Deuterium Excess in Non-Polar Precipitation”为题发表在Global Biogeochemical Cycles期刊上。我院夏正宇副教授为第一作者和通讯作者,该研究得到中央高校基础研究基金的支持。

图1.模拟的湿季和干季蒸散发“过量氘”的差值(ET Δd-excess)与不同近地表水量(S0/P1)和三种蒸散发组分季节变化情景的关系



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