基于GCM的哈尔里克山地区降水同位素时间变化与模拟数据订正

发布时间：2020-05-22 15:40

【摘要】：降水是地球水循环过程中的一个重要环节,稳定同位素可以作为天然的示踪剂,记载着水循环过程。天山位于我国的西北部,是南北两疆的分界线,也是处于亚洲中部干旱区的典型湿岛,哈尔里克山位于天山的东端。近年来,建立起遍布整个天山地区的降水同位素监测网络,涉及从盆地到山区的20余个站点,但是监测的年份有限,因此我们加入GCM模型和冰芯数据进行模拟对比分析。本文依据相关分析法、Morlet复数小波法和普通最小二乘回归法总结分析出哈尔里克山地区降水同位素δ18O的变化情况和冰芯与6种GCM模型之间的变化趋势。运用Cressman空间插值法订正的GCMs数据,找出订正后的最适宜在哈尔里克山及其周边地区分析的模型,并运用拉格朗日算法对最适宜在哈尔里克山地区模拟的GCM模型进行水汽来源情况的分析。通过研究得出以下结论:(1)在GCM模拟年内变化特征中,温度较高的季节δ18O的值高于温度较低的季节,呈现出明显的季节性变化。在年内尺度上GCM模拟的结果证实了δ18O在哈尔里克山地区年内变化显著受“温度效应”影响的观点。在GCM模拟年际变化特征中,6种模型中δ18O没有出现较为明显的变化趋势。降水中δ18O与温度的年际变化比年内变化的相关性弱,也存在“温度效应”,哈尔里克山地区大部分地区年际变化的相关系数在0.6-0.9之间。(2)在整个采样时段内降水中稳定同位素呈现出明显的季节性变化。在1-3月降水量较少,12-2月温度较低,δ18O和δD值也较低,d-excess则表现为升高的趋势。在6-7月降水量最多,温度最高,δ18O和δD值也较高,中国天山东端大气水线的斜率和截距都小于整个中国天山的大气水线,更小于全球大气水线的斜率和截距。冰芯中δ18O与哈密气象站温度之间均表现出微弱下降的趋势。依据小波分析,发现冰芯中δ18O贫富程度也与其他因素有关。(3)对运用Cressman插值之后的GCMs中δ18O数据与冰芯中δ18O数据进行相关分析和偏相关分析。iso GSM(NCEP)、LMDZ(ECMWF)、LMDZ(free)和MIROC(free)模型的相关系数在0.8以上,且通过了a=0.01水平的显著性检验,其中LMDZ(ECMWF)和LMDZ(free)模型的相关系数最高(r1=0.88)。在偏相关分析中发现MIROC(free)模型中的所有偏相关系数比其余模型的偏相关系数都高,且通过了a=0.01水平的显著性检验,说明此模型可以更准确的描述哈尔里克山地区1979-2004年月均δ18O的变化特征。(4)MIROC(free)模型模拟的倾向率变化与庙尔沟冰芯的倾向率一致(a=-0.01),最终发现MIROC(free)模型模拟结果最接近哈尔里克山地区实测降水同位素中的δ18O。发现在后向轨迹聚类分析图和水汽通量图中,当来自高纬度水汽增多时,δ18O值偏负,而当高纬度水汽减少、中纬度的水汽增多时,δ18O值偏正。
【图文】：

冰芯,台站,图例

2 研究区概况及数据资料2.1 自然地理概况2.1.1 地理位置哈尔里克山处于天山山脉的最东端，中亚干旱半干旱区的中部，沿北北西—南南东走向延伸。南邻吐哈盆地，北接莫钦乌拉山，东达甘肃北山北部，向西与巴里坤山相连，长度约 300 km，宽 30-80 km，平均海拔在 4500 m 左右，最高的托木尔提峰海拔 4886 m，地处亚欧大陆的腹地，远离海洋，降水较少，但是随着海拔的增加，降水也逐渐增多，本研究的区域面积约占全疆总面积 12.5%（高建芳，2001；王叶堂，，2008）。

空间分布,巴里坤,哈密,月平均气温

图 2-2 1979-2013 年巴里坤、伊吾和哈密月平均气温和降水Fig.2-2 Monthly mean of air temperature and precipitation during 1979-2013 in Balikun, Yiwu and Hami图 2-3 1979-2013 年天山地区 1 月、4 月、7 月和 10 月平均降水量的空间分布Fig.2-3 Spatial distribution of monthly mean precipitation in January, April, July and October around the Tianshan Mountainduring 1979-2013
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426.6

【参考文献】