蔡健榕，許 濤，楊云月，姜修洋

1.濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)-地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福州 350007

2.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023

大氣降水是全球水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，氫、氧穩(wěn)定同位素作為水分子的重要組成成分，對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)十分敏感，常用于水文循環(huán)（Dansgaard，1964；Tian et al，2003；Cai et al，2017，2019）、古 氣 候 重 建（Thompson et al，2000；Wang et al，2001）等研究中。華南地區(qū)的日降水δ18O特征顯示出雨季較低、旱季較高的特征（Xie et al，2011；Ruan et al，2019），但臺(tái)風(fēng)作為天氣尺度下典型的極端事件，目前對(duì)其降水同位素特征的研究還不多。Lawrence et al（2002）發(fā)現(xiàn)，熱帶氣旋在降水時(shí)會(huì)留下獨(dú)特的同位素特征，可能提供有關(guān)熱帶氣旋的演化和結(jié)構(gòu)信息。過(guò)去許多基于季節(jié)尺度的研究指出，降水量與δ18O之間具有反相關(guān)性，即雨量效應(yīng)，然而最近的研究指出熱帶地區(qū)日降水δ18O與降水量之間的相關(guān)性很弱（Konecky et al，2019）。除雨量效應(yīng)外，水汽源位置的不同在控制降水δ18O方面十分重要（Peng et al，2010；Xie et al，2011），水分源的位置決定了水蒸汽必須經(jīng)過(guò)的距離，從而影響了降水δ18O。中國(guó)東南地區(qū)受臺(tái)風(fēng)活動(dòng)影響強(qiáng)烈，臺(tái)風(fēng)常常為本地區(qū)帶來(lái)極端降水，臺(tái)風(fēng)降水占比最高超過(guò)全年降水總量的40%（Zhang et al，2018），且臺(tái)風(fēng)降水δ18O具有不同于一般大氣降水δ18O的特征（孫曉雙等，2016），使得東南地區(qū)大氣降水穩(wěn)定同位素變化更加復(fù)雜。

當(dāng)前關(guān)于臺(tái)風(fēng)降水穩(wěn)定同位素已有少量研究。許濤等（2018）分析了臺(tái)風(fēng)“杜鵑”的降水穩(wěn)定同位素變化特征及影響因素；孫曉雙等（2018）研究了臺(tái)風(fēng)“燦鴻”在中國(guó)東部沿海北上四個(gè)城市降水同位素的時(shí)空變化特征及沖刷效應(yīng)。Xu et al（2019）研究指出，臺(tái)風(fēng)降水δ18O值的極端偏負(fù)是受到“云雨區(qū)效應(yīng)”的影響：即云雨區(qū)大規(guī)模對(duì)流，高冷凝效率和同位素耗竭蒸汽的再循環(huán)作用三個(gè)因素組合導(dǎo)致了臺(tái)風(fēng)期間降水δ18O值的極端偏負(fù)。但臺(tái)風(fēng)登陸東南沿海向內(nèi)陸移動(dòng)時(shí)，隨著臺(tái)風(fēng)能量的削弱，降水減弱并混合當(dāng)?shù)氐乃?，使得?nèi)陸的降水δ18O變化更為復(fù)雜。因此，沿臺(tái)風(fēng)登陸沿海并向內(nèi)陸移動(dòng)的路徑，設(shè)置研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)有助于加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)區(qū)域降雨穩(wěn)定同位素影響機(jī)制的認(rèn)識(shí)。

當(dāng)前，關(guān)于東南地區(qū)降水同位素的研究主要為月和日分辨率的大氣降水研究（Xie et al，2011；Ruan et al，2019）。但臺(tái)風(fēng)的影響往往僅持續(xù)1 — 2天，已有的月降水和日降水?dāng)?shù)據(jù)不適于對(duì)臺(tái)風(fēng)降水穩(wěn)定同位素的內(nèi)部變化特征進(jìn)行深入研究。本文通過(guò)對(duì)2018年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”在2018年7月11日影響沿海福州和內(nèi)陸將樂(lè)兩地小時(shí)分辨率的降水同位素?cái)?shù)據(jù)的分析及氣象數(shù)據(jù)收集，結(jié)合水汽輸送通量，探究臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過(guò)程中對(duì)區(qū)域降水穩(wěn)定同位素的影響機(jī)制。

1 臺(tái)風(fēng)概況

2018年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”（Maria）（圖1，路徑數(shù)據(jù)來(lái)源于中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)，http://typhoon.nmc.cn/web.html），于7月4日20∶00（北京時(shí)間，下同）在美國(guó)關(guān)島以東洋面生成，之后向西偏北方向移動(dòng)并逐漸增強(qiáng)；于11日09∶10在福建省連江黃岐半島沿海登陸，登陸時(shí)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)，中心附近最大風(fēng)力為14級(jí)（42 m ? s?1），中心最低氣壓約為960 hPa。登陸后向西北偏西移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸減弱，于20∶00在江西境內(nèi)減弱為熱帶低壓（圖1）。臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”具有登陸早、強(qiáng)度大、減弱快、位置北等特點(diǎn)，是1949年以來(lái)于7月登陸福建的臺(tái)風(fēng)中，強(qiáng)度最強(qiáng)、位置最北的，其結(jié)構(gòu)緊實(shí)，最強(qiáng)降水及大風(fēng)區(qū)集中在臺(tái)風(fēng)中心附近（孫劭等，2018）。

圖1 2018年第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”路徑圖Fig. 1 The path of No.8 typhoon “Maria” in 2018

受臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”的影響，福建沿海地區(qū)出現(xiàn)10 — 13級(jí)陣風(fēng)、沿海島嶼14 — 16級(jí)，9個(gè)縣（市）極大風(fēng)速突破有氣象記錄以來(lái)7月極值（柳龍生等，2019）。福建省東北部和中部出現(xiàn)大到暴雨、局地大暴雨，部分地區(qū)累計(jì)降水量50 — 150 mm，局部地區(qū)達(dá)200 — 250 mm，其中福州64.9 mm，將樂(lè)44.3 mm。

2 研究區(qū)、數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)

本研究采樣點(diǎn)分別位于福州和將樂(lè)。福州 地 處 福 建 東 北 部，位 于25°15′ — 26°39′N、118°08′ — 120°31′E，屬于典型的中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。全年平均氣溫為19 — 22℃，最熱月平均氣溫在27 — 29℃，最冷月10 — 13℃，氣溫年較差大。平均相對(duì)濕度76% — 80%，年平均降水量為900 — 2100 mm，7 — 9月是臺(tái)風(fēng)活動(dòng)期，平均每年直接登陸市境的臺(tái)風(fēng)約有2次，年平均臺(tái)風(fēng)降水量約為350 — 550 mm，約占總降水的25% — 60%（林小紅等，2008）。將樂(lè)縣地處中亞熱帶南部，武夷山脈東南麓，屬濕潤(rùn)亞熱帶季風(fēng)氣候。近60 a來(lái)氣象站（永安，距將樂(lè)縣約100 km）資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫19℃，1月平均氣溫9℃，7月平均氣溫28℃，年平均降水量約為1600 mm，集中于4 — 9月，約占全年的70%（姜修洋等，2012）。

2.2 數(shù)據(jù)

本研究采樣點(diǎn)分別位于福建師范大學(xué)倉(cāng)山校區(qū) 地 理 科 學(xué) 學(xué) 院（119°19′E、26°03′ N，31 m）的開(kāi)闊樓頂和將樂(lè)玉華洞（117°30′E、26°42′ N，300 m）空曠地面，于2018年7月11日臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”影響期間，以0.5 — 2 h不等的時(shí)間間隔對(duì)臺(tái)風(fēng)降水進(jìn)行樣品收集，共獲取降水樣品30組，其中福州13組，將樂(lè)17組。采樣時(shí)使用干凈的2 L燒杯接取雨水，每個(gè)樣品采樣結(jié)束后立即倒入50 mL及2 mL的PP材質(zhì)無(wú)色塑料樣品瓶裝滿，并用Parafilm封口膜密封，置于4°C冰箱冷藏保存。降水穩(wěn)定同位素測(cè)試在福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院穩(wěn)定同位素中心完成，測(cè)試儀器為Picarro-L2140-i型同位素分析儀。δ2H和δ18O測(cè)試精度分別優(yōu)于0.5‰和0.08‰，測(cè)試結(jié)果用相對(duì)于維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水（V-SMOW）的千分差表示如下：

式中：R為2H / H或18O /16O。文中δ18O及d的平均值為降雨量加權(quán)平均數(shù)，計(jì)算公式為：

式中：δ18Oa為降雨量加權(quán)平均δ18O值，xn為降水δ18O值，da為降雨量加權(quán)平均d值，pn為降水量。

2.3 水汽通量

水汽通量又稱水汽輸送量，指單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)與速度矢正交的某一單位截面積的水汽質(zhì)量（北京大學(xué)地球物理系氣象教研室，1976），它表征了水汽輸送的強(qiáng)度和方向，可用于反映暴雨過(guò)程的水汽來(lái)源，以及這種水汽輸送和某些天氣系統(tǒng)的關(guān)系（文寶安，1980）。水汽通量散度，指單位時(shí)間內(nèi)單位體積中水汽的凈流失量，為正則有水汽流失，為負(fù)則有水汽積聚，它表征輸送來(lái)的水汽的集中程度，可用于探究暴雨出現(xiàn)在何處，雨量大小等（文寶安，1980）。

3 結(jié)果

3.1 臺(tái)風(fēng)大氣降水線方程

受同位素分餾效應(yīng)的影響，大氣降水中氫氧同位素呈現(xiàn)線性相關(guān)的變化，被稱作大氣水線（meteoric water line，MWL），廣泛應(yīng)用于大氣降水穩(wěn)定同位素研究中（章新平和姚檀棟，1996；田立德等，2001；柳鑒容等，2009）。臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水δ2H和δ18O呈顯著線性相關(guān)關(guān)系，線性方程 為 福 州 市（MLY-Fuzhou）：δ2H = 7.30δ18O ? 3.51（R2= 0.95，N= 13）、將樂(lè)縣（MLY-Jiangle）：δ2H = 6.93δ18O ? 4.37（R2= 0.99，N= 17）（圖2）。兩地降水線的斜率和截距比較接近，但均偏離全球大氣水線（GMWL）：δ2H = 8δ18O + 10（Craig，1961）和東部季風(fēng)區(qū)的局地大氣降水線方程（LMWL）：δ2H = 7.46δ18O + 0.90（柳鑒容等，2009）。

圖2 臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水δ2H和δ18O的關(guān)系Fig. 2 Relationship between δ2H and δ18O in the precipitation of typhoon “Maria”

3.2 降水δ18O階段性變化特征

3.2.1 臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水穩(wěn)定同位素時(shí)間變化特征

數(shù)據(jù)顯示（圖3），受臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”影響，福州市采樣點(diǎn)于7月11日上午09∶00左右開(kāi)始降水，7月11日晚22∶00左右停止，降水量為64.9 mm，最大降水量出現(xiàn)在11∶00左右（22.3 mm），氣溫在23 — 24°C，相對(duì)濕度在83% — 94%，風(fēng)力3—7級(jí)。臺(tái)風(fēng)降水期間，福州 降 水δ2H值 變 化 范 圍 為 ? 16.40‰ — ? 80.50‰，振幅為64.10‰；降水δ18O值變化范圍為 ? 2.72‰ — ? 10.52‰，振 幅 為7.80‰，降 水δ18O平 均 值為 ? 8.42‰，低于福州夏季多年降水δ18O平均值 ? 6.53‰（程中雙和張永波，2015）。臺(tái)風(fēng)期間福州降水中δ18O值呈現(xiàn)倒U型變化特征（圖3），可將其劃分為3個(gè)階段。階段1（11日09∶00 — 10∶00）：降水δ18O值相對(duì)偏正，為 ? 4.83‰ — ? 7.04‰，平 均 值 為 ? 6.55‰。此階段降水量約19.3 mm，占降水期間總降雨量的29.7%。該階段氣溫基本平穩(wěn)，相對(duì)濕度迅速增加為90%；風(fēng)力較強(qiáng)，為5 — 7級(jí)。此時(shí)臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”中心距離采樣點(diǎn)位置約31.7 — 70.0 km，處于云墻對(duì)流區(qū)。研究表明（方勉等，2019），臺(tái)風(fēng)登陸減弱時(shí)，外圍螺旋雨帶降水加強(qiáng)，削弱了云墻區(qū)對(duì)流的發(fā)展，使得這一階段臺(tái)風(fēng)中心降水有所減弱。弱降水混合本地水汽導(dǎo)致該階段降水δ18O值相對(duì)偏正。階段2（11日10∶00 — 16∶00）：降水δ18O值顯著偏負(fù)，變化 范 圍 在 ? 8.45‰ — ? 10.52‰，振 幅 為2.07‰，平均值是? 8.95‰。該階段降水量達(dá)45.1 mm，占臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”總降水量的69.5%。此時(shí)“瑪莉亞”中心距離采樣點(diǎn)位置約24.9 — 175.2 km，受到臺(tái)風(fēng)云雨區(qū)影響。11日13∶30，“瑪莉亞”中心距離采樣點(diǎn)83.9 km，降水δ18O值最為偏負(fù)，達(dá)? 10.52‰。該階段，氣溫保持在23 — 24°C，相對(duì)濕度達(dá)97%，風(fēng)力為4 — 6級(jí)，蒸發(fā)引起的同位素分餾效應(yīng)較弱。階段3（11日16∶00 — 22∶00）：降水δ18O相對(duì)偏正，為? 2.72‰，此時(shí)段無(wú)明顯降水，此時(shí)采樣點(diǎn)距離“瑪莉亞”中心220.5 km，處于“瑪莉亞”外圈區(qū)域。

圖3 7月11日臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”期間福州及將樂(lè)采樣記錄Fig. 3 Sampling records in Fuzhou and Jiangle during the period of typhoon “Maria” in 11 July

將樂(lè)采樣點(diǎn)降水開(kāi)始于11日11∶00左右，結(jié)束于20∶00左右，降水量為44.3 mm，最大降水量出現(xiàn)在11日16∶00左右（15.4 mm）。臺(tái)風(fēng)影響期間，氣溫在24 — 26°C，相對(duì)濕度在88% — 98%，風(fēng)力1 — 2級(jí)。與福州相比，將樂(lè)臺(tái)風(fēng)降水穩(wěn)定同位素組成整體變化較大，整個(gè)過(guò)程降水δ18O值變化范圍為?1.70‰ — ?11.93‰，平均值為?10.06‰，振幅為10.23‰；降水δ2H值變化范圍為?19.86‰ — ?89.13‰，振幅為69.67‰。臺(tái)風(fēng)期間將樂(lè)降水δ18O值呈現(xiàn)“廠”字型的變化特征，可將其劃分為2個(gè)階段。階段1（11日11∶00 —14∶00）：降水δ18O值相對(duì)偏正，為?1.70‰ — ?7.54‰，平 均 值 為?5.55‰。此時(shí)段降水量約5.2 mm，占降水期間總降雨量的12%。該階段氣溫基本穩(wěn)定于24 — 26°C；相對(duì)濕度波動(dòng)較大，為88% — 96%；風(fēng)力較弱，為1 — 2級(jí)。此時(shí)“瑪莉亞”中心距離采樣點(diǎn)位置約91.4 — 164.6 km，受當(dāng)?shù)厮绊戄^大，降水δ18O值相對(duì)偏正，形成臺(tái)風(fēng)前端降水。階段2（11日14∶00 — 20∶00）：降水δ18O值顯著偏負(fù)，變化范圍在 ? 8.42‰ — ? 11.93‰，振幅為3.51‰，平均值是? 10.66‰。該階段降水量為39.1 mm，占總降雨量的88%，“瑪莉亞”中心距離采樣點(diǎn)位置約35.2 — 76.2 km。11日18∶30降水δ18O值達(dá)到最偏負(fù)值? 11.93‰，距“瑪莉亞”中心50.1 km。該階段，氣溫保持在24 — 25°C，相對(duì)濕度大，空氣中水汽接近飽和狀態(tài)，風(fēng)力平穩(wěn)為1 — 2級(jí)，由蒸發(fā)引起的同位素非平衡分餾效應(yīng)弱。

3.2.2 降水δ18O值的空間變化特征

前人研究表明，降水δ18O值的變化特征與臺(tái)風(fēng)中心到采樣點(diǎn)的距離具有很好的相關(guān)性（Lawrence and Gedzelman，1996；Ohsawa and Yusa，2000）。Jackisch et al（2019）在對(duì)多次臺(tái)風(fēng)降水的研究中發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)離采樣點(diǎn)越近，δ18O值越偏負(fù)。數(shù)據(jù)顯示（圖4），將樂(lè)采樣點(diǎn)臺(tái)風(fēng)降水δ18O值整體上隨距離的減小而更為偏負(fù)，與前人研究相符。但福州采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)略有不同，這可能是由于采樣點(diǎn)降水過(guò)程主要集中在“瑪莉亞”登陸之后，降水初期臺(tái)風(fēng)中心距離采樣點(diǎn)位置較近，但降水量較小，受蒸發(fā)作用影響強(qiáng)烈，降水δ18O值相對(duì)偏正。

圖4 臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水δ18O和采樣點(diǎn)與臺(tái)風(fēng)距離關(guān)系Fig. 4 Relationship between δ18O and distance (sampling points and typhoons) in the precipitation of typhoon “Maria”

4 討論

4.1 大氣水線

研究表明（章新平和姚檀棟，1998；田立德等，2001），氣候狀況不同會(huì)使當(dāng)?shù)卮髿饨邓€的斜率和截距偏離全球平均水平8和10，表明該地區(qū)降水的不平衡條件，即降水產(chǎn)生于非瑞利條件下。福州、將樂(lè)兩地降水線的斜率均小于8，表明降水經(jīng)歷了一定的蒸發(fā)過(guò)程。降水的再蒸發(fā)程度可能與不同環(huán)境中的相對(duì)濕度條件有關(guān)（Lee and Fung，2008）。章新平等（2003）發(fā)現(xiàn)在未飽和大氣中的蒸發(fā)，水體中18O的富集程度一般要高于瑞利模式的結(jié)果，且相對(duì)而言，18O的富集速率比D快，從而造成實(shí)際蒸發(fā)中D/18O梯度的減小和常數(shù)項(xiàng)向負(fù)方向移動(dòng)。由于福州、將樂(lè)夏季為副熱帶高壓影響顯著地區(qū)，臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”登陸前后，降水較弱，采樣點(diǎn)的相對(duì)濕度較低，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，使得降水δ18O值偏正（＞?7‰），數(shù)據(jù)點(diǎn)主要集中于GMWL和LMWL右下方。當(dāng)臺(tái)風(fēng)云雨區(qū)影響采樣點(diǎn)時(shí)，降水明顯增強(qiáng)，相對(duì)濕度接近100%，大氣中的水汽接近飽和，接近于平衡分餾狀態(tài)。此時(shí)，臺(tái)風(fēng)降水δ18O值顯著偏負(fù)（＜?7‰），數(shù)據(jù)點(diǎn)靠近LMWL分布（圖2），這表明在此期間降水的再蒸發(fā)比較微弱。降水期間，福州相對(duì)濕度明顯小于將樂(lè)，非平衡條件下的蒸發(fā)作用更為強(qiáng)烈，使得福州降水δ18O值更為偏正，數(shù)據(jù)點(diǎn)較將樂(lè)而言相對(duì)偏離GMWL和LMWL。

4.2 降雨量效應(yīng)

福州和將樂(lè)的降水δ18O值變化范圍分別為?2.72‰ — ?10.52‰和?1.70‰ — ?11.93‰。在將樂(lè)的階段2中，降水δ18O值的變化范圍為?8.42‰ — ?11.93‰，平均值為?10.66‰，低于福州階段2降水δ18O的平均值（?8.95‰）。臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水期間，福州總降水量（64.9 mm）高于將樂(lè)總降水量（44.3 mm），但福州降水δ18O值較將樂(lè)偏正，這顯然與降水量效應(yīng)不符。前人研究表明（Xu et al，2019），當(dāng)臺(tái)風(fēng)登陸陸地，海洋表層蒸汽供應(yīng)被切斷，同位素耗竭的蒸汽再循環(huán)隨之停止。當(dāng)臺(tái)風(fēng)向內(nèi)陸移動(dòng)并形成降水時(shí)，在連續(xù)冷凝過(guò)程中重同位素的降落會(huì)導(dǎo)致從沿海到內(nèi)陸（福州到將樂(lè)）降水δ18O值的偏負(fù)。

4.3 云雨區(qū)效應(yīng)

臺(tái)風(fēng)影響期間，福州、將樂(lè)兩地階段2降水δ18O值相對(duì)偏負(fù)，分別為?8.45‰ — ?10.52‰和?8.42‰ — ?11.93‰。Xu et al（2019）指 出 臺(tái)風(fēng)降水δ18O值的極端偏負(fù)是受到“云雨區(qū)效應(yīng)”的影響：即云雨區(qū)大規(guī)模對(duì)流、高冷凝效率和同位素耗竭蒸汽的再循環(huán)作用三個(gè)因素組合導(dǎo)致了臺(tái)風(fēng)期間降水δ18O值的極端偏負(fù)。如圖5所示，海水的δ18O值約為0，臺(tái)風(fēng)形成過(guò)程中，海水蒸發(fā)，水汽中率先富集較輕的16O，形成初始δ18O值偏負(fù)、大量富集輕同位素的云墻結(jié)構(gòu)，水汽的δ18O值范圍接近?10.5‰ — ?14‰（楊杰東和徐士進(jìn)，2007）。臺(tái)風(fēng)逐步發(fā)展時(shí)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，極高冷凝的效率，使得登陸前云體中的δ18O值始終保持較為偏負(fù)的狀態(tài)。臺(tái)風(fēng)登陸后δ18O值較為偏負(fù)的降水通過(guò)耗竭蒸汽的再循環(huán)作用被臺(tái)風(fēng)吸收，在沿路徑的內(nèi)陸地區(qū)降落時(shí)，使得降水δ18O值進(jìn)一步偏負(fù)。由于福州、將樂(lè)兩地位于中國(guó)東南，夏季受副熱帶高壓影響顯著，前端降水受強(qiáng)烈蒸發(fā)效應(yīng)影響，降水δ18O值相對(duì)偏正，變化范圍為?4.83‰ — ?7.04‰（福州）和?1.70‰ — ?7.54‰（將樂(lè)）。當(dāng)臺(tái)風(fēng)云雨區(qū)的大規(guī)模對(duì)流影響采樣點(diǎn)時(shí)，水汽迅速凝結(jié)降落，降水δ18O值偏負(fù)，變化范圍為?8.45‰ — ?10.52‰（福州）和?8.42‰ — ?11.93‰（將樂(lè)）。隨著臺(tái)風(fēng)深入大陸，外圍環(huán)流水汽影響采樣點(diǎn)，受到蒸發(fā)作用和局地水汽混合影響，降水δ18O值再次偏正，結(jié)果為?2.72‰（福州）。

圖5 臺(tái)風(fēng)降水中的氧同位素分餾Fig. 5 Oxygen isotopic fractionations in typhoon precipitation

4.4 高程效應(yīng)

福建省地勢(shì)西高東低，海拔高度變化對(duì)降水同位素的影響不容忽視。降水過(guò)程中氫氧同位素存在明顯的高程效應(yīng)，即大氣降水中δ18O和δ2H值隨海拔高度增加而下降，海拔高度越高，高程效應(yīng)越顯著（顧慰祖，2011）。福州采樣點(diǎn)海拔高度為31 m，將樂(lè)采樣點(diǎn)海拔高度為300 m，福州降水δ18O平均值為?8.42‰，將樂(lè)為?10.06‰。Liu et al（2010）發(fā)現(xiàn)海拔是華南地區(qū)影響降水中δ18O的主要地理因子，其定量關(guān)系為?0.2‰ · (100 m)?1，即δ18O隨高度增加100 m而消耗0.2‰。因而，除云雨區(qū)效應(yīng)外，高程效應(yīng)也可能是導(dǎo)致將樂(lè)地區(qū)δ18O值更為偏負(fù)的原因。

4.5 水汽源分析

圖5顯示了臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”移動(dòng)過(guò)程中整層水汽輸送通量的變化。由圖5可知，7月6日、9日、11日，臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”由西北太平洋形成并向西北方向移動(dòng)。7月6日“瑪莉亞”位于美國(guó)關(guān)島附近洋面菲律賓東部海域，攜帶大量西北太平洋水汽并逐漸增強(qiáng)至超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)。9日保持超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)向西北方向移動(dòng)，水汽主要來(lái)自西北太平洋通道和印度洋通道。11日08∶00“瑪莉亞”移動(dòng)到福建東部，水汽主要來(lái)自西北太平洋通道、南海通道和遠(yuǎn)源的印度洋水汽通道。11日20∶00“瑪莉亞”在向內(nèi)陸移動(dòng)過(guò)程中逐漸減弱，海上水汽源基本切斷，降水主要由當(dāng)?shù)氐乃约芭_(tái)風(fēng)殘留水汽提供?！艾斃騺啞币苿?dòng)過(guò)程中最主要的水汽通道有三條：西北太平洋通道、印度洋通道及南海通道。

過(guò)量氘（d-excess），其定義為d=δ2H ? 8δ18O，受制于相變過(guò)程中2H和18O分餾速率的相對(duì)差異，大小取決于水汽源區(qū)的氣象因素（相對(duì)濕度、海表溫度、風(fēng)速等）（章新平等，2009）。d值反映了形成降水水汽團(tuán)的同位素組成，含有水汽源區(qū)蒸發(fā)性質(zhì)的重要信息，如蒸發(fā)過(guò)程的平衡或不平衡狀態(tài)及蒸發(fā)速率（衛(wèi)克勤和林瑞芬，1994）。整個(gè)降水期間，福州d值的加權(quán)平均值為2.64‰，將樂(lè)為6.79‰，二者均小于全球大氣降水d平均值10‰和福州市夏季多年平均降水d值10.42‰，表明此次臺(tái)風(fēng)降水主要受海洋氣團(tuán)影響，這與圖5所觀察到的結(jié)果一致。對(duì)其進(jìn)行階段分析發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”降水期間，d值的變化與δ18O值十分相似。福州采樣點(diǎn)階段1的d值變化范圍為?10.30‰ — ?0.70‰，均值為?2.82‰；階段2的d值變化范圍為2.00‰ — 5.70‰，均值為3.96‰，階段3為5.40‰（只含一個(gè)數(shù)據(jù)）。將樂(lè)采樣點(diǎn)階段1的d值范圍為?6.24‰ — 5.93‰，均值為2.31‰；階段2變化范圍為?6.19‰ — 8.38‰，均值為7.39‰。但兩地d值的相同階段特征是否指示著一致的水汽源還有待進(jìn)一步探究。

圖6 整層水汽輸送通量場(chǎng)及其散度場(chǎng)Fig. 6 Whole layer of water vapor transmission flux field and its dispersion field

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”影響期間福州、將樂(lè)兩地降水δ18O值及相關(guān)氣象數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)：

（1）臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”大氣降水線方程為：福州（MLY-Fuzhou）：δ2H = 7.30δ18O ? 3.51（R2= 0.95，N= 13）、將樂(lè)（MLY-Jiangle）：δ2H = 6.93δ18O ? 4.37（R2= 0.99，N= 17）。兩地降水線的斜率和截距均偏離全球大氣水線（GMWL）。福州地區(qū)降雨量明顯小于將樂(lè)，非平衡條件下的蒸發(fā)作用更強(qiáng)，數(shù)據(jù)點(diǎn)較將樂(lè)更加偏離GMWL和LMWL。

（2）臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”期間，福州降水δ18O的變化呈現(xiàn)出三個(gè)階段的倒U型變化特征，將樂(lè)降水δ18O的變化呈現(xiàn)出兩個(gè)階段的“廠”字型變化特征，第二階段臺(tái)風(fēng)降水δ18O值的顯著偏負(fù)主要受“云雨區(qū)效應(yīng)”的影響。臺(tái)風(fēng)向內(nèi)陸移動(dòng)并形成降水時(shí)，離登陸地較遠(yuǎn)的地區(qū)（將樂(lè)）δ18O值比登陸地（福州）更加偏負(fù)。

（3）水汽來(lái)源分析結(jié)果顯示此次臺(tái)風(fēng)降水主要受海洋氣團(tuán)影響，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)過(guò)程中水汽主要來(lái)自西北太平洋、印度洋和南海通道。