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
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】
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。
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。
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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