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                            研究提出評估降水中再循環水汽比例的新模型

                            2021-12-28 地質與地球物理研究所
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                              全球變暖背景下,水循環增強,降水時空變化不均勻程度加劇,極端降水事件頻發。明晰局地降水的主要水汽來源是理解降水變化的重要基礎。形成局地降水的水汽一部分來自外部水汽輸送,另一部分則由本地蒸發、蒸騰等過程貢獻。求解降水再循環率,定量分析水汽源-匯之間的關系,區分水汽源地對區域降水的貢獻,有助于理解影響降水變化的物理過程和機制。 

                              氘盈余(d-excess=δ2H-8δ18O)作為靈敏的綜合性示蹤劑,被廣泛用于評估降水中再循環水汽的比例。然而現有的氘盈余模型只包括局地蒸發作用,忽略了植被蒸騰的水汽貢獻,導致本地再循環水汽對降水的貢獻被低估。 

                              為此,中國科學院地質與地球物理研究所頁巖氣與地質工程院重點實驗室博士研究生張芬與副研究員黃天明、研究員龐忠和、中科院大氣物理研究所副研究員滿文敏、清華大學博士胡宏昌等人,建立了考慮蒸騰水汽貢獻的新模型。該模型通過集成外來平流水汽、局地蒸發水汽和蒸騰水汽三個端元,實現了更為全面的降水水汽源地追蹤方法(圖1)。科研人員選取位于東亞季風邊緣區的寧夏固原開展降水觀測研究(圖2)。研究表明,不考慮蒸騰水汽貢獻得到的降水再循環率約為5%~21%,降水量加權年平均值為7.5%,夏季降水再循環率低于其他季節。將蒸騰水汽納入d-excess模型后,該地區降水再循環率的全年變化幅度為7%~22%,降水量加權年平均值增加至14.8%(圖3)??紤]蒸騰水汽貢獻后降水再循環率增加一倍,說明局地蒸騰作用對該地區降水變化的貢獻十分重要。研究進一步探討了當地大氣降水線(即降水δ2Hδ18O關系)形成機理,指出除受外來水汽影響,再循環水汽使得降水氘盈余增加,而云下蒸發作用導致其減小,三者共同影響了當地大氣降水線。 

                              研究成果以Contribution of recycled moisture to precipitation: A modified d-excess-based model為題,發表在Geophysical Research Letters。 

                              圖1.基于氘盈余三端元計算降水再循環比例概念模型(左圖:P、Pc分別表示地面降水、云底降水;d、dc分別表示地面降水氘盈余值、云底降水氘盈余值;fi表示降水各水汽源占降水總水汽比例,adv、ev、tr角標分別表示外來平流水汽、蒸發水汽、蒸騰水汽;右圖:GMWL、LMWL分別表示全球大氣降水線、當地大氣降水線;虛線三角形,強調降水水汽三端元組成;紅色箭頭代表云下蒸發過程) 

                            圖2.研究區固原概況及降水主要水汽源示意圖(a.降水站位置;b.中國降水水汽主要來源;c.固原月降水量、氣溫變化圖) 

                            圖3.模型修正前后固原降水再循環比(fre)月變化圖

                            打印 責任編輯:閻芳

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