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同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化

日期: 2022-05-16
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同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化


全球变暖增加了当地大气对水分的需求,导致许多地区降水减少,两者都会导致干旱。水汽可以在辐射冷却到露点温度以下的表面凝结成露水。露水因其对地表水平衡的重要贡献而被认为是一个重要水源,尤其是在半干旱和干旱地区。干旱地区,年露水量占降雨量的9%-23%。在热带岛屿旱季,露水可以作为一种替代水源。露水对干旱地区或干旱期植物的生存、生长和发育十分重要,例如带来夜间水分以及通过植物气孔或特殊的物理特征(如气生植物)直接被叶片吸收利用。因此,露水可以增加叶片的净光合产物积累,提高植物水分利用效率。露水还参与了大气中的化学过程,例如亚硝酸盐氧化物的昼夜(和夜间)循环。从1961-2010,中国露水频率降低了5.2天/10年,这主要是因为近地表增温和相对湿度(RH)下降。此外,中国干旱区露水频率下降率(50%)高于半湿润和湿润地区(40%和28%)。因此,随着全球气候变化,不同地区露水具有不同的趋势,需了解不同气候区域的露水特征以更好地预测未来露水动态变化。


δ2H和δ18O是天然和传统的水文示踪剂,在追踪与不同类型水(例如降雨、降雪、露水、雾、地表水、植物水和冰芯)相关的不同水文气象过程中发挥着重要作用。两种质量分馏过程,平衡分馏和动力学分馏,是水相变过程中同位素差异的根本原因。它们分别由饱和水汽压和不同同位素的扩散速率决定。

17O-excess(17O-excess = ln(δ17O + 1)-0.528×ln (δ18O + 1)),作为一种新的示踪剂,可用来提供有关水分输送、降雨和蒸发的额外限制,以探测水文和气象过程。与传统的依赖于温度和RH的同位素相比,17O-excess主要对10-45℃的RH敏感。δ′18O(δ′18O = 1000×ln(δ18O + 1))和 δ′17O(δ′17O = 1000×ln (δ17O + 1))之间的关系可用来更好解释自来水和降水形成机制,区分干旱类型和纳米布沙漠不同类型的凝结。此外,利用17O-excess与δ′18O(或 d-excess)之间的关系(如实验室模型试验、降水和天然水体(河流、渠道、水井、泉水、地下水、湖泊和池塘))来推断经历平衡分馏或动力学分馏的不同水分蒸发过程是一种有效的方法。然而,到目前为止,还没有公布δ2H,δ18O,δ17O,d-excess和17O-excess日露水同位素记录。


基于此,在本文中,作者于2014年7月-2018年4月从3个不同的气候区域(纳米布沙漠中部的戈巴布(沙漠气候)、法国尼斯(地中海气候)、美国中部印第安纳波利斯(湿润大陆性气候))收集了黎明前日露水。利用基于离轴积分腔输出光谱技术的三参数水汽同位素分析仪(T-WVIA-45-EP)同时分析了露水的δ2H,δ18O,δ17O,然后计算了d-excess和17O-excess。该报告介绍了3个气候区域的日露水同位素数据集。在研究全球露水动力学和露水形成机制时,研究者可以利用该数据集作为参考。


【结果】

同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化

表1 戈巴布(2014年7月-2017年6月)、尼斯(2017年12月-2018年4月)和印第安纳波利斯(2017年1月至2017年10月)的每日露水记录汇总。


同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化

图1 戈巴布(紫色)、尼斯(蓝色)和印第安纳波利斯(红色)露水的稳定同位素变化。


同位素 | 三种不同气候下露水的稳定同位素变化

图2 基于戈巴布、尼斯和印第安纳波利斯每日露水的δ18O和δ2H之间的关系及δ′18O和 δ′17O之间的关系(b)。


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