同位素--三種不同氣候下露水的穩定同位素變化

全球變暖增加了當地大氣對水分的需求，導致許多地區降水減少，兩者都會導致干旱。水汽可以在輻射冷卻到露點溫度以下的表面凝結成露水。露水因其對地表水平衡的重要貢獻而被認為是一個重要水源，尤其是在半干旱和干旱地區。干旱地區，年露水量占降雨量的9%-23%。在熱帶島嶼旱季，露水可以作為一種替代水源。露水對干旱地區或干旱期植物的生存、生長和發育十分重要，例如帶來夜間水分以及通過植物氣孔或特殊的物理特征（如氣生植物）直接被葉片吸收利用。因此，露水可以增加葉片的凈光合產物積累，提高植物水分利用效率。露水還參與了大氣中的化學過程，例如亞硝酸鹽氧化物的晝夜（和夜間）循環。從1961-2010，中國露水頻率降低了5.2天/10年，這主要是因為近地表增溫和相對濕度（RH）下降。此外，中國干旱區露水頻率下降率（50%）高于半濕潤和濕潤地區（40%和28%）。因此，隨著全球氣候變化，不同地區露水具有不同的趨勢，需了解不同氣候區域的露水特征以更好地預測未來露水動態變化。
 

δ2H和δ18O是天然和傳統的水文示蹤劑，在追蹤與不同類型水（例如降雨、降雪、露水、霧、地表水、植物水和冰芯）相關的不同水文氣象過程中發揮著重要作用。兩種質量分餾過程，平衡分餾和動力學分餾，是水相變過程中同位素差異的根本原因。它們分別由飽和水汽壓和不同同位素的擴散速率決定。
 

17O-excess（17O-excess = ln（δ17O + 1）-0.528×ln (δ18O + 1）），作為一種新的示蹤劑，可用來提供有關水分輸送、降雨和蒸發的額外限制，以探測水文和氣象過程。與傳統的依賴于溫度和RH的同位素相比，17O-excess主要對10-45℃的RH敏感。δ′18O（δ′18O = 1000×ln（δ18O + 1））和 δ′17O（δ′17O = 1000×ln （δ17O + 1））之間的關系可用來更好的解釋自來水和降水形成機制，區分干旱類型和納米布沙漠不同類型的凝結。此外，利用17O-excess與δ′18O（或 d-excess）之間的關系（如實驗室模型試驗、降水和天然水體（河流、渠道、水井、泉水、地下水、湖泊和池塘））來推斷經歷平衡分餾或動力學分餾的不同水分蒸發過程是一種有效的方法。然而，到目前為止，還沒有公布δ2H，δ18O，δ17O，d-excess和17O-excess日露水同位素記錄。
 

基于此，在本文中，作者于2014年7月-2018年4月從3個不同的氣候區域（納米布沙漠中部的戈巴布（沙漠氣候）、法國尼斯（地中海氣候）、美國中部印第安納波利斯（濕潤大陸性氣候））收集了黎明前日露水。利用基于離軸積分腔輸出光譜技術的三參數水汽同位素分析儀（T-WVIA-45-EP）同時分析了露水的δ2H，δ18O，δ17O，然后計算了d-excess和17O-excess。該報告介紹了3個氣候區域的日露水同位素數據集。在研究全球露水動力學和露水形成機制時，研究者可以利用該數據集作為參考。

【結果】

表1 戈巴布（2014年7月-2017年6月）、尼斯（2017年12月-2018年4月）和印第安納波利斯（2017年1月至2017年10月）的每日露水記錄匯總。
 

圖1 戈巴布（紫色）、尼斯（藍色）和印第安納波利斯（紅色）露水的穩定同位素變化。
 

圖2 基于戈巴布、尼斯和印第安納波利斯每日露水的δ18O和δ2H之間的關系

及δ′18O和 δ′17O之間的關系（b）。

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