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當水凝物從云內飽和環(huán)境落向地面時，特別是在干旱和半干旱地區(qū)，云下過程可能會通過平衡和非平衡分餾而改變降水的同位素組成。如果這些云下過程沒有被正確識別，它們可能會導致對降水同位素信號的誤解。為了正確認識降水同位素記錄的環(huán)境信息，定性分析云下過程和定量計算云下蒸發(fā)效應是兩個重要步驟。在此，我們根據西安市兩年來的降水和水汽同位素同步觀測，整理出一套有效的方法來系統(tǒng)評估云下蒸發(fā)對當地降水同位素組成的影響。
ΔdΔδ圖是有效診斷云下過程（例如平衡或蒸發(fā)）的工具，因為降水平衡蒸氣和觀測到的蒸氣之間的同位素差異（δ2H；d-excess）顯示出不同的路徑。通過使用ΔdΔδ圖，我們的數據表明蒸發(fā)是西安主要的云下過程，而降雪樣本保留了初始云信號，因為它們受氣固相同位素交換的影響較小。然后，我們選擇了兩種方法來定量表征云下蒸發(fā)對局地降水同位素組成的影響。一種是基于雨滴下落過程中的質量變化（以下簡稱方法1），另一種是取決于從云底到地面的降水同位素組成的變化（以下簡稱方法2）。通過比較，我們發(fā)現除了降雪事件外，兩種方法在評估蒸發(fā)對δ2Hp的影響方面沒有顯著差異。與 δ2H 變化成比例的蒸發(fā)斜率 (Fi /Δδ2H) 在方法 1 中 (1.0 ‰ %−1) 比在方法 2 中 (0.9 ‰ %−1) 稍大。此外，兩種方法均表明秋季蒸發(fā)作用較弱，春季蒸發(fā)作用較重。通過靈敏度測試，我們發(fā)現兩種方法中，相對濕度是最敏感的參數，而溫度對兩種方法的影響不同。因此，我們得出結論，兩種方法都適合研究云下蒸發(fā)效應，而方法2中仍然可以包括其他云下過程，例如過飽和度。通過應用方法2，將改善云下過程的診斷及其對降水同位素組成的影響的理解。
系統(tǒng)評估云基以下蒸發(fā)對當地降水穩(wěn)定同位素組成的影響，為此編制了一套有效的方法。
2010-2015年西安、蘭州和西寧氣溫和降水的月平均變化地點:采樣地點位于西安市市區(qū)東南9公里的雁塔區(qū)。水蒸氣樣本是在一棟12層建筑的7樓采集的，采樣高度30 m，降水樣本在頂層收集，采樣高度50 m。
測量大氣水汽和降水的氫氧同位素組成；ΔdΔδ圖用于定性診斷云基以下過程；Stewart模型(方法1)和氣柱模型(方法2)用于定量評估云基以下蒸發(fā)效應。
(1) 收集降水和水汽樣品，用Picarro L2130-i測量其氫氧同位素組成；
(2) 繪制ΔdΔδ圖，定性分析云基以下過程；
(3) 應用方法1和方法2，定量計算云基以下蒸發(fā)對降水同位素的影響。
試驗結果顯示：西安的降水主要受到云基以下蒸發(fā)過程影響；兩種方法得到的 Δ δ2H結果沒有顯著統(tǒng)計差異，但對降雪事件的評估存在較大誤差。
上圖顯示的是西安的當地降水線(LMWL)和水汽線(LWVL)?？梢钥闯觯?/span>
(1) LMWL的斜率7.0低于GMWL的斜率8.0，反映了云基以下蒸發(fā)的影響。
(2) LWVL的斜率7.8也略低于平衡分餾值8.0，反映了動力學過程的影響。
(3) 降水和水汽同位素組成分布在不同范圍，前者較陽性，這與經典分餾理論吻合，支持了二者之間存在蒸發(fā)作用。
Δd Δδ圖是Graf等人在2019年提出的一種新型圖解框架，可以直接區(qū)分不同云基以下過程對水汽和降水穩(wěn)定同位素組成的卷積影響，尤其是平衡和非平衡過程的影響。
其中Δd是降水平衡水汽與觀測近地面水汽的d-excess之差；Δδ是兩者的δ2H之差。圖中橫縱坐標分別為 Δd和 Δδ。不同云基以下過程在該二維相空間有不同的分布，從而可以更清楚地識別。
說明：本文數據在 Graf 等人建議的 Δd Δδ 直徑圖上的投影。實線代表 Δd-excessv 和 Δδ2Hv 為0‰。虛線對應于陰影中具有 95% 置信帶的樣本的線性擬合。紅線是降雨樣本，青色線是降雪樣本。羅馬數字代表象限的類別。
(1)干旱地區(qū)降水和水汽同位素組成關系密切；
(2) Δd Δδ圖可以有效定性分析云基以下過程；
(3)兩種方法可以定量評估蒸發(fā)效應，但方法2可以包含更多過程。
最后，感謝中國科學院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀地質國家重點實驗室；中國科學院第四紀科學與全球變化卓越中心，再次向本文作者刑萌老師等對本公眾號大力支持。
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