论文总字数：14079字
目 录
1 引言 1
2 数据与方法 1
2.1 站点介绍 1
2.2 降水样品的采集和同位素的测定 1
2.3 基本气象要素的获取 2
2.4 后向轨迹（HYSPLIT）模型 2
3 结果与分析 2
3.1 δ18O降水随日序的变化图 2
3.2 南京地区大气降水线 3
3.3降水同位素δ18O的温度效应与降水量效应 5
3.3.1 全年同位素δ18O的温度效应与降水量效应 5
3.3.2 四个季节降水δ18O与温度的关系 6
3.3.3 降水δ18O与降水量的关系 7
3.4 水汽来源轨迹模拟 8
3.4.1 春季的后向轨迹分析图 10
3.4.2 夏季的后向轨迹分析图 10
3.4.3 秋季的后向轨迹分析图 10
3.4.4 冬季的后向轨迹分析图 10
4 结论 11
参考文献 11
南京降水同位素的时间变化特征和水汽来源分析
刘博
,，China
Abstract: The hydrogen and oxygen isotopic composition of precipitation can provide important trace information for local water cycle and water vapor source. Based on the observation data of precipitation isotopic composition from August 2008 to July 2016 in Nanjing, the characteristics of precipitation hydrogen and oxygen stable isotopic composition and the temporal variation of deuterium excess were analyzed, the precipitation effect and temperature effect of the isotopic composition of precipitation were studied, and the water vapor source of Nanjing was analyzed based on the back trajectory model. And the local meteoric water line was calculated. The results indicated that the slope of the local meteoric water line in Nanjing was slightly lower with comparison to the global meteoric water line, but the difference was small. The deuterium excess value was low in 2016 summer, and was high in 2015 winter. There were negative relationship between precipitation isotopic composition with temperature and precipitation in Nanjing at the annual scale, but only the existence of "precipitation effect" was reflected. At the seasonal scale, the precipitation isotopic composition was negatively correlated with temperature in autumn, there was a negative correlation between the isotopic composition and precipitation in winter, and there were negative correlationship between the isotopic composition with temperature and precipitation in summer. Water vapor affecting the precipitation in Nanjing was brought by monsoon, mainly from the low latitudes of the tropical oceans in summer and from the dry continent in winter. This study can provide more supporting information for the weather forecast and the stable isotopic research.
Key words: Nanjing; precipitation; stable isotope; temperature effect; precipitation effect; backward trajectory analysis
引言：
同位素对降水的反应及其敏感，研究同位素对可以直接反应地区的降水情况。降水是大自然中水循环的一个及其重要的过程，同位素是水组成的重要因素，同位素以一定比值分布在其中，水循环的变化同时也引起同位素比例的变化，所以稳定同位素的变化可以敏锐的反应环境的变化，稳定同位素在降水中的所占的比例与降水形成的气象条件以及水汽来源地区的水汽组成，干燥程度等存在着密切联系。随着气候的变化，大气降水稳定同位素其中氢氧同位素组成也会因为空间和时间的变化而发生变化，特别是过量氘的含量能反应局地蒸发对空气团的水汽贡献。所以，降水中的稳定同位素可以成为水汽源的自然示踪或根据其变化来推演水汽来源甚至大气过程，在一定程度上反映气象条件与区域性特征的变化。
和国内相比，国外对气象的研究比较早，稳定同位素的探查也更为成熟。1953年就开始展开对降水中的稳定同位素进行初步的研究。集中资源全球范围内更加便利研究环境中的同位素，在全世界范围内共建立100多个观测点，不断监测降水中的稳定同位素组成，到现在为止与降水稳定同位素相关的有550多个监测点[1]。与国外相比，在我国研究水循环过程中稳定同位素开始的比较晚，1966年科学考察珠穆朗玛峰开始了我国降水氧稳定同位素研究的进程，在1983年以前，在我国的全球范围内降水同位素监测点只有中国香港一个站点，之后才陆续开始在和田、海口、天津、南京、拉萨、昆明、长沙、广州、福州、桂林、石家庄、西安、齐齐哈尔等城市设立长期观测站点[2]。2004年建立了中国大气降水同位素网络式的多个站点进行研究，系统地对δ18O 和 δD 进行测量和调研[3]。
降水同位素的变化敏感地响应着环境的变化，所以，降水中的稳定同位素可以成为水汽源的自然示踪或根据其变化来推演水汽来源甚至大气过程，在一定程度上反映气象条件与区域性特征的变化。研究同位素的变化，对南京地区的降水或者其他的天气过程进行分析很有帮助。
研究南京周边的同位素变化并且结合类似的气象类的研究材料，分析南京周边地段降水稳定同位素随时间的变化规律及其影响因素并建立局地大气降水线方程和过量氘和时间的变化关系图。采用混合单粒子拉赫朗日积分轨迹模型（Hysplit）对南京水汽来源实行追踪，并且从同位素和温度，同位素和降水量的四个季节的关系分析得出：研究结论有助于了解南京地区的水汽输送以及水汽循环过程，根据影响南京地区天气过程的水汽来源不同，结合城市本身的需要采取相应的措施。
数据与方法
站点介绍
南京位于长江中下游地区，距离海洋比较近，只有300公里左右，地势较低，平均海拔只有不到30m，小山坡众多，为低山丘陵地形。一年中夏季受来自海洋的海风，冬季则受西伯利亚的寒风影响，气候较为湿润，为亚热带季风气候，雨量充沛。四季气候有明显区别，夏季较长炎热降水比较多，冬季寒冷干燥，春季和秋季短暂，风和日丽，干燥凉爽。文章根据农历中的节气，对四季的划分是秋季是2015年8月8日到2015年11月8日，冬季是2015年11月9日到2016年2月4日，春季是2016年2月5日到2016年5月4日，夏季是2016年5月5日到2016年8月7日。文章的数据来源于，位于东经118.71度，北纬32.2度，在文德楼楼顶进行雨水样品的收集。
降水样品的采集和同位素的测定
降水样品是按降水事件收集的。如果降水持续时间太长则是在08时和20时进行加密采集。收集水样的装置是收集瓶，在收集瓶上放置漏斗，在漏斗中放一个乒乓球，这些装置都有很好的防蒸发作用。采集好水样之后用塑封膜密封好，放进设置为4℃的冰箱中，然后进行预处理过滤掉不溶于水的杂质，水样送到中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟实验室采用液态水同位素分析仪（型号DLT-100，美国 Los Gatos Research 公司）测出D和18O的组分，测试精确度分别为 ±0.3‰ 和 ±0.1‰。
表示：
δ = ［(R样品水/R标准水) - 1] × 1000 (‰)
其中，R样品水是测量样品中的氢或氧稳定同位素的比率(D/H、18/16O)，R标准水是维也纳标准平均海洋水中的氧或氢稳定同位素比率(RD = 0.00015576, R18O = 0.0020052)。
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