大气条件对热带雨林构成的影响：雨水同位素的关键作用

「背景介绍」

孟加拉湾坐落于印度洋东北部，其三角形的地理形态使其能产生海量水汽。这些水汽持续流向印度次大陆，为印度东部及周边国家带来充沛降水，尤其在5月至9月的季风季节，降水现象更为显著。而印度的农业和经济活动在很大程度上依赖于夏季降雨。

孟加拉湾独特的气候与区位特征，深刻影响着区域内湿气的生成与传输过程。季风季节时，该海域的海面温度常超过28°C，容易形成空气对流，还能全年给大气提供水汽。即便海温偏高、对流频繁，夏季季风季节的降水量仍远大于蒸发量，使得孟加拉湾成为重要的水蒸气汇，宛如“存水汽的大仓库"。

「为什么要研究雨水里的同位素？」

确定水汽是从哪来、往哪去，是研究水文循环的核心环节。这一研究不仅能帮助人们深入理解季风的多变特性，还能帮我们应对热带气旋带来的暴雨灾害，减少损失。

分析物理示踪剂是探究大气水汽源汇的可靠方法，其中孟加拉湾安达曼群岛降水中的稳定同位素就是重要研究对象。安达曼群岛的森林覆盖率高达地表的92%，土壤水汽等潜在次生水汽来源极少，对研究干扰少，所以当地雨水的同位素研究能为揭示动态水汽过程提供宝贵数据。

水文循环示意图

但目前关于这里雨水同位素的研究十分匮乏，短期内大家还不清楚它的特点。虽然现在有全球环流模式，能模拟印度夏季季风的降雨分布和同位素变异性，和实际观测结果较为吻合，但模拟出来的 “雨量效应"（下雨多少和同位素的关系），数据存在显著差异。

为了搞清楚这些问题，印度热带气象研究所（IITM Pune）和本迪榭里大学（Pondicherry University）的专家，做了一项为期两年的研究，研究对象是布莱尔港（安达曼群岛最大城市）的雨水同位素。

研究旨在达成四大目标：

明确该地区降水同位素的特性；

探究水汽来源、流动、对流活动等海洋大气变量怎么影响同位素；

厘清“雨量效应"的特点，以及它会不会受季风季节内变化的影响；

验证雨水同位素组成与影响季风的降雨事件、水汽通量有没有关系。

「研究方法」

在为期两年的研究中，专家们每年在布莱尔港的本迪榭里大学校园，收集大约90个日常雨水样本，装在防漏的塑料瓶里，送到印度理工学院浦那分校进行同位素分析。

最初，研究团队采用同位素比质谱仪（IRMS）进行检测，后续又使用ABB OA-ICOS 激光同位素水和水蒸气分析仪 TIWA-45-EP 型（GLA431-TIWA 增强型的前身）对所有样本进行分析。

ABB GLA431-TIWA增强型高性能台式三重同位素水分析仪（我司代理产品，欢迎垂询）

「核心成果」

结果显示，两台仪器测出来的同位素比值，在±1σ的变化范围内一致，其中δ18O的分析精确度约为0.1%，δ2H的精确度小于1%。通过分析2012年和2013年布莱尔港的日降雨量和δ18O时间序列，发现2012年降雨量越多，δ18O含量就越低，这一现象印证了“数量效应"的存在。

布莱尔港2012年（上）和2013年（下）的日降雨量和δ18O时间序列。黑条代表雨量计数据，红线是相应的δ18O记录。2012年的降雨量与δ18O之间存在明显的反相关关系，说明了“数量效应"。

研究还发现，孟加拉湾南部雨水的氧、氢同位素，虽然有热带海洋地区的典型特点，但会跟着海洋和大气条件变化而变化，且在热带气旋期间会出现很大程度的损耗。两年来收集的同位素数据表明，季风季节初期，相对低湿但强劲的环流会导致雨滴适度再蒸发，进而促成雨量效应；而且雨水同位素的组成，不是由某一个降雨事件决定的，而是取决于水汽的动态性质。

在季风季节的成熟阶段，随着大气条件的改变，雨滴蒸发程度减弱，这时候水汽量的影响，多依赖于水汽流量的汇聚，而不是当地的蒸发作用。总体来看，孟加拉湾上空的降水同位素，会随着大面积的对流活动而系统性减少，并受对流活动综合效应的调节，且和季风的季节内变化、同步尺度波动密切相关。

具体而言，季风前期和中期的 “雨量效应"，主要是降雨再蒸发导致的；后期则是因为水汽汇聚，而不是蒸发引发。另外，“数量效应"在两年间表现出明显特征，且受季节内季风变化的调节。

这项研究让我们更深入认识印度洋北部的 “雨量效应"，还有助于缩小观测结果和降雨模式模拟之间的差异。

如果您想了解更多关于同位素分析仪的信息，欢迎联系我们！

案例来源：文中提及的研究是国际原子能机构（IAEA）“热带地区降水和古气候档案中的稳定同位素以改进区域水文和气候影响模型"项目的组成部分。