中纬度地区混合云中稳定同位素分馏的数学模拟——以乌鲁木齐降水为例

文中介绍的数学模型考虑了混合云中液、固相共存时以及冰面过饱和环境下稳定同位素的动力分馏效应。利用该数学模型,模拟不同冷却条件下稳定同位素的温度效应。在相同的湿度条件下,湿绝热冷却过程中δ18O随温度的变化率小于等压冷却过程。冰面过饱和比Si的增大意味着动力分馏效应的增大。与平衡态过程相比,它的作用使得稳定同位素的综合分馏系数减小,从而使得降水中δ18O随温度的变化趋缓。模拟结果显示,湿绝热冷却过程中大气水线(MWL:δD=bδ18O+d)的梯度项b和常数项d均大于等压冷却过程。不同的冰面过饱和比对大气水线的影响是不同的。与冰面过饱和比相比,b和d的大小对云中含水量的变化敏感性较低。模拟结果还显示,乌鲁木齐的降水不是来自海洋水汽的初始凝结。在经历了长途输送之后,乌鲁木齐降水中的稳定同位素成分在很大程度上被衰减。模拟的稳定同位素比率/温度、δD/δ18O曲线分别与乌鲁木齐实测的稳定同位素比率/温度回归线以及大气水线有非常好的一致性。