摘要
青藏高原作为“亚洲水塔”，其区域水循环的变化会影响全球五分之一人口的生存与生活。因此，阐明青藏高原水循环变化过程具有重要意义。大气水汽稳定同位素组成是量化水循环过程的有效指标。由于三种天然水分子H216O、HD16O和H218O的饱和水汽压和空气扩散率不同，水体相变导致同位素分馏，因此，可以通过大气水汽和降水同位素组成进行水汽来源和水汽输送过程的追踪。与传统降水稳定同位素研究相比，大气水汽稳定同位素变化能够揭示连续的小时-日尺度的大气水汽输送过程。本论文利用2017年6月至2019年10月的青藏高原南部拉萨大气水汽稳定同位素高时间分辨率观测数据，结合同步气象观测数据和再分析资料，通过气团后向轨迹分析、q-δ图解分析、空间相关分析等，阐明了拉萨近地表水汽稳定同位素在季风期和非季风期的日变化特征、季节变化特征及年变化特征，并揭示了大气水汽稳定同位素变化所反映的水汽传输和水汽来源变化，及局地气象要素的影响，为量化该区域水循环提供了基础数据。本论文取得如下主要发现: 1)在日尺度上，春季、秋季和冬季非季风期的水汽δ18O表现出V型变化特征，最小值出现在18:00(CST)，表现出随着气温、边界层高度的增大而减小，而随着湿度的增大而增大的特征;水汽d-excess则在09:00-18:00(CST)呈倒U型变化特征，表现出随着气温、边界层高度的增加而增大，而随着湿度的增大而减小的特征。春季水汽d-excess与气象要素之间的相关关系与秋冬季节完全相反。夏季水汽δ18O整体呈现夜间高而白天低、随着比湿增大而增大、随着边界层高度增大而减小的特征;夏季水汽d-excess同样在09:00-18:00(CST)呈现出与非季风期类似的倒U型特征，表现出随着比湿的增大而减小，而随着边界层高度、降水量的增大而增大。 2)在季节尺度上，水汽稳定同位素呈现M型变化特征，全年出现两个高值和两个低值，日均δ18O和d-excess有显著的周期变化。第一个低值出现在夏季，反映了随着季风活动的推进，对流活动的增强使得水汽δ18O贫化;第二个低值出现在干冷的冬季，且偏低于夏季平均观测结果，这与西风的输送过程有关。第一个高值出现在春季，这与季风模态下降水稳定同位素的峰值出现在春季一致。第二个高值出现在秋季，表明随着季风撤退，水汽δ18O值逐渐增大。这一M型季节变化特征可作为站点水汽δ18O是否受到季风活动影响的定性判断指标。 3)季风期拉萨水汽δ18O与印度北部以及青藏高原南部区域OLR显著正相关，表明拉萨季风期水汽稳定同位素反映了区域大尺度动力过程。季风期水汽δ18O和d-excess也受到当地气象要素的显著影响，具体表现为:季风期当地湿度变化能解释近地表水汽δ18O的52％的变化，水汽δ18O随着气温的增大而增大，随着比湿、相对湿度以及日降水量的增大而减小;季风期近地表水汽d-excess主要受控于相对湿度和日降水量的影响，能解释其37％的变化，水汽d-excess表现出随着气温的升高而减小，随着比湿、相对湿度以及日降水量的增大而增大。非季风期水汽δ18O主要受控于比湿、相对湿度以及气温的影响，能解释其35％的变化，水汽δ18O表现出随着气温、比湿以及相对湿度的升高而增大，而d-excess与当地气象要素变化不相关。在区域尺度上，在季风期，青藏高原气温越高，大气水汽δ18O日均值越小，而印度半岛、阿拉伯海和孟加拉湾气温越高，则大气水汽δ18O日均值越大。但在非季风期，大气水汽δ18O日均值与以上地区的表层气温都表现为显著正相关。这反映出陆地蒸散发水汽来源贡献的季节性改变。大气水汽δ18O日均值与区域表层比湿的空间相关分布也具有明显的季节性差异，在陆地表层出现显著的反相关关系。 4)通过拉格朗日追踪模型进行水汽来源诊断分析发现，季风活动强盛期的7-9月水汽d-excess表现出与当地相对湿度之间的显著正相关关系。在7-8月，拉萨水汽d-excess受到局地降水过程的显著影响。来自南部的短距离边界层内传输是拉萨大气水汽的主要来源。大气水汽δ18O和d-excess的变化也反映出春季受不同来源水汽的混合过程影响最显著，秋冬季节受分馏和混合两种过程影响显著，而季风期则受雨滴再蒸发过程影响显著。降水与水汽稳定同位素差值夏季小，冬季大，二者间存在动力分馏。
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