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EPSL: 西风带典型区域帕米尔高原水体稳定同位素研究进展
2017-02-16

  降水稳定同位素研究受到降水是否发生的限制,使得在较为干旱的地区获取连续的降水稳定同位素序列存在较大的困难。与降水样品采集相比,水汽样品采集不受天气状况的限制,在技术上是可以获取连续的水汽稳定同位素序列。因此,在样品采集策略上,与降水的相比,水汽稳定同位素研究具有一定的优势。

  近年来,在青藏高原上,水汽稳定同位素研究获得了一定的进展(Yu et al., 2015),但位于青藏高原西北边缘的西风带典型区域帕米尔高原,其水汽稳定同位素研究鲜有涉及。

  近日,中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、青藏高原研究所余武生研究员、田立德研究员与法国科学家Camille Risi等人合作,开展了帕米尔高原东部塔什库尔干水汽稳定同位素研究(图1),比较了实测水汽δ18O和LMDZ-iso同位素模型模拟的水汽δ18O和降水δ18O,发现LMDZ-iso模型的水汽和降水δ18O与实测的水汽δ18O波动均非常一致,彼此之间存在显著的正相关(图2)。这说明LMDZ-iso同位素模型在帕米尔高原上能适用且有效。在此模拟可靠的基础上,再利用LMDZ-iso模型分别模拟了1955年-2007年塔什库尔干水汽δ18O和降水δ18O变化,发现二者存在很好的相关性。为了更好地与附近的慕士塔格δ18O冰芯记录进行对等比较,选择其中的降水δ18O模拟结果,发现二者之间变化趋势非常相似(图3),这进一步说明帕米尔高原东部的LMDZ-iso模型模拟结果能够很好地捕捉水体δ18O的变化。

  研究还发现,无论是在短时间尺度还是在长时间尺度,无论是在局地站点尺度还是在更大的空间尺度(图4),帕米尔高原东部水体(水汽/降水、冰芯)中δ18O均主要受温度变化控制,尤其是西风环流南支掠过的区域的温度。另外西风环流北支掠过的区域的纬向风速对水体中δ18O的变化仅有些许贡献。相比之下,其它要素如湿度、降水量和不同水汽来源等对该地区水体中δ18O的影响甚微(图4)。

  简言之,与受西风和季风环流共同作用的青藏高原较为湿润地区相比(例如在那曲,水汽δ18O的变化极大地依赖于相对湿度、气压和降水量等多要素的共同作用,Yu et al., 2015),受单一的大气环流系统(主要受控于西风环流)影响下的帕米尔高原东部,影响其水体中δ18O变化的要素相对单一。这揭示了帕米尔高原东部是研究古气候重建的理想场所,其水体中δ18O记录是该区域良好的温度代用指标。

  该成果于2016年12月15日发表于Earth and Planetary Science Letters杂志上。

  相关论文链接:

  Wusheng Yu, Lide Tian, Camille Risi, Tandong Yao, Yaoming Ma, Huabiao Zhao, Haifeng Zhu, You He, Baiqing Xu, Hongbo Zhang, Dongmei Qu. δ18O records in water vapor and an ice core from the eastern Pamir Plateau: Implications for paleoclimate reconstructions. Earth and Planetary Science Letters, 2016, 456, 146–156. 原文链接 (帕米尔高原水汽稳定同位素研究)

  Wusheng Yu, Lide Tian, Yaoming Ma, Baiqing Xu, Dongmei Qu. Simultaneous monitoring of stable oxygen isotope composition in water vapour and precipitation over the central Tibetan Plateau. Atmospheric Chemistry and Physics, 2015, 15, 10251–10262. 原文链接 (青藏高原水汽稳定同位素研究)

图1. 帕米尔高原塔什库尔干水汽样品采集站点(黑色圆点),白色圆点为慕士塔格冰芯钻取点,插图中红色圆点为青藏高原中部那曲水汽样品采集站点

图2. 塔什库尔干实测水汽δ18O与LMDZ-iso模拟的水汽/降水δ18O对比

图3. LMDZ-iso模拟的塔什库尔干1955年-2007年降水δ18O与慕士塔格δ18O冰芯记录对比

图4. LMDZ-iso模拟的塔什库尔干1955年-2007年降水δ18O和慕士塔格δ18O冰芯记录分别与大空间尺度500hPa的温度、比湿、纬向风与降水量(20C再分析资料)的空间相关性

 
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