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同位素 | 三種不同氣候下露水的穩(wěn)定同位素變化

時間:2022-5-16 閱讀:898
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全球變暖增加了當?shù)卮髿鈱λ值男枨?,?dǎo)致許多地區(qū)降水減少,兩者都會導(dǎo)致干旱。水汽可以在輻射冷卻到露點溫度以下的表面凝結(jié)成露水。露水因其對地表水平衡的重要貢獻而被認為是一個重要水源,尤其是在半干旱和干旱地區(qū)。干旱地區(qū),年露水量占降雨量的9%-23%。在熱帶島嶼旱季,露水可以作為一種替代水源。露水對干旱地區(qū)或干旱期植物的生存、生長和發(fā)育十分重要,例如帶來夜間水分以及通過植物氣孔或特殊的物理特征(如氣生植物)直接被葉片吸收利用。因此,露水可以增加葉片的凈光合產(chǎn)物積累,提高植物水分利用效率。露水還參與了大氣中的化學過程,例如亞硝酸鹽氧化物的晝夜(和夜間)循環(huán)。從1961-2010,中國露水頻率降低了5.2天/10年,這主要是因為近地表增溫和相對濕度(RH)下降。此外,中國干旱區(qū)露水頻率下降率(50%)高于半濕潤和濕潤地區(qū)(40%和28%)。因此,隨著全球氣候變化,不同地區(qū)露水具有不同的趨勢,需了解不同氣候區(qū)域的露水特征以更好地預(yù)測未來露水動態(tài)變化。


δ2H和δ18O是天然和傳統(tǒng)的水文示蹤劑,在追蹤與不同類型水(例如降雨、降雪、露水、霧、地表水、植物水和冰芯)相關(guān)的不同水文氣象過程中發(fā)揮著重要作用。兩種質(zhì)量分餾過程,平衡分餾和動力學分餾,是水相變過程中同位素差異的根本原因。它們分別由飽和水汽壓和不同同位素的擴散速率決定。

17O-excess(17O-excess = ln(δ17O + 1)-0.528×ln (δ18O + 1)),作為一種新的示蹤劑,可用來提供有關(guān)水分輸送、降雨和蒸發(fā)的額外限制,以探測水文和氣象過程。與傳統(tǒng)的依賴于溫度和RH的同位素相比,17O-excess主要對10-45℃的RH敏感。δ′18O(δ′18O = 1000×ln(δ18O + 1))和 δ′17O(δ′17O = 1000×ln (δ17O + 1))之間的關(guān)系可用來更好解釋自來水和降水形成機制,區(qū)分干旱類型和納米布沙漠不同類型的凝結(jié)。此外,利用17O-excess與δ′18O(或 d-excess)之間的關(guān)系(如實驗室模型試驗、降水和天然水體(河流、渠道、水井、泉水、地下水、湖泊和池塘))來推斷經(jīng)歷平衡分餾或動力學分餾的不同水分蒸發(fā)過程是一種有效的方法。然而,到目前為止,還沒有公布δ2H,δ18O,δ17O,d-excess和17O-excess日露水同位素記錄。


基于此,在本文中,作者于2014年7月-2018年4月從3個不同的氣候區(qū)域(納米布沙漠中部的戈巴布(沙漠氣候)、法國尼斯(地中海氣候)、美國中部印第安納波利斯(濕潤大陸性氣候))收集了黎明前日露水。利用基于離軸積分腔輸出光譜技術(shù)的三參數(shù)水汽同位素分析儀(T-WVIA-45-EP)同時分析了露水的δ2H,δ18O,δ17O,然后計算了d-excess和17O-excess。該報告介紹了3個氣候區(qū)域的日露水同位素數(shù)據(jù)集。在研究全球露水動力學和露水形成機制時,研究者可以利用該數(shù)據(jù)集作為參考。


【結(jié)果】

表1 戈巴布(2014年7月-2017年6月)、尼斯(2017年12月-2018年4月)和印第安納波利斯(2017年1月至2017年10月)的每日露水記錄匯總。


同位素 | 三種不同氣候下露水的穩(wěn)定同位素變化

圖1 戈巴布(紫色)、尼斯(藍色)和印第安納波利斯(紅色)露水的穩(wěn)定同位素變化。


同位素 | 三種不同氣候下露水的穩(wěn)定同位素變化

圖2 基于戈巴布、尼斯和印第安納波利斯每日露水的δ18O和δ2H之間的關(guān)系及δ′18O和 δ′17O之間的關(guān)系(b)。


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