地质地球所研究提出评估降水中再循环水汽比例的新模型-凯发官网入口首页

　　全球变暖背景下，水循环增强，降水时空变化不均匀程度加剧，极端降水事件频发。明晰局地降水的主要水汽来源是理解降水变化的重要基础。形成局地降水的水汽一部分来自外部水汽输送，另一部分则由本地蒸发、蒸腾等过程贡献。求解降水再循环率，定量分析水汽源-汇之间的关系，区分水汽源地对区域降水的贡献，有助于理解影响降水变化的物理过程和机制。 

　　氘盈余（d-excess=δ²h-8δ¹⁸o）作为一种灵敏的综合性示踪剂，被广泛用于评估降水中再循环水汽的比例。然而现有的氘盈余模型只包括局地蒸发作用，忽略了植被蒸腾的水汽贡献，导致本地再循环水汽对降水的贡献被低估。 

　　针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所博士研究生张芬与导师副研究员、研究员、中国科学院大气物理研究所满文敏副研究员、清华大学胡宏昌博士等人，建立了考虑蒸腾水汽贡献的新模型。该模型通过集成外来平流水汽、局地蒸发水汽和蒸腾水汽三个端元，实现了更为全面的降水水汽源地追踪方法（图1）。 

图1 基于氘盈余三端元计算降水再循环比例概念模型（左图：p、p_c分别表示地面降水、云底降水；d、d_c分别表示地面降水氘盈余值、云底降水氘盈余值；f_i表示降水各水汽源占降水总水汽比例，adv、ev、tr角标分别表示外来平流水汽、蒸发水汽、蒸腾水汽；右图：gmwl、lmwl分别表示全球大气降水线、当地大气降水线；虚线三角形，强调降水水汽三端元组成；红色箭头代表云下蒸发过程）

　　该研究选取位于东亚季风边缘区的宁夏固原开展降水观测研究（图2）。研究表明，不考虑蒸腾水汽贡献得到的降水再循环率约为5%～21%，降水量加权年平均值为7.5%，夏季降水再循环率低于其他季节。将蒸腾水汽纳入d-excess模型后，该地区降水再循环率的全年变化幅度为7%～22%，降水量加权年平均值增加至14.8%（图3）。考虑蒸腾水汽贡献后降水再循环率增加一倍，说明局地蒸腾作用对该地区降水变化的贡献非常重要。 

　　该研究进一步对当地大气降水线（即降水δ²h和δ¹⁸o关系）形成机理进行了探讨，指出除受外来水汽影响，再循环水汽使得降水氘盈余增加，而云下蒸发作用导致其减小，三者共同影响了当地大气降水线。 

图2 研究区固原概况及降水主要水汽源示意图（a. 降水站位置；b. 中国降水水汽主要来源；c. 固原月降水量、气温变化图）

图3 模型修正前后固原降水再循环比（f_re）月变化图

　　研究成果发表于geophysical research letters（张芬, ^*, 满文敏, 胡宏昌, 龙吟, 利振彬, . contribution of recycled moisture to precipitation: a modified d-excess-based model[j]. geophysical research letters, 2021, 48: e2021gl095909. doi: ）。