「背景介紹」

孟加拉灣坐落于印度洋東北部，其三角形的地理形態(tài)使其能產(chǎn)生海量水汽。這些水汽持續(xù)流向印度次大陸，為印度東部及周邊國家?guī)沓渑娼邓?，尤其?月至9月的季風(fēng)季節(jié)，降水現(xiàn)象更為顯著。而印度的農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在很大程度上依賴于夏季降雨。

孟加拉灣獨(dú)特的氣候與區(qū)位特征，深刻影響著區(qū)域內(nèi)濕氣的生成與傳輸過程。季風(fēng)季節(jié)時(shí)，該海域的海面溫度常超過28°C，容易形成空氣對(duì)流，還能全年給大氣提供水汽。即便海溫偏高、對(duì)流頻繁，夏季季風(fēng)季節(jié)的降水量仍遠(yuǎn)大于蒸發(fā)量，使得孟加拉灣成為重要的水蒸氣匯，宛如“存水汽的大倉庫"。

「為什么要研究雨水里的同位素？」

確定水汽是從哪來、往哪去，是研究水文循環(huán)的核心環(huán)節(jié)。這一研究不僅能幫助人們深入理解季風(fēng)的多變特性，還能幫我們應(yīng)對(duì)熱帶氣旋帶來的暴雨災(zāi)害，減少損失。

分析物理示蹤劑是探究大氣水汽源匯的可靠方法，其中孟加拉灣安達(dá)曼群島降水中的穩(wěn)定同位素就是重要研究對(duì)象。安達(dá)曼群島的森林覆蓋率高達(dá)地表的92%，土壤水汽等潛在次生水汽來源極少，對(duì)研究干擾少，所以當(dāng)?shù)赜晁耐凰匮芯磕転榻沂緞?dòng)態(tài)水汽過程提供寶貴數(shù)據(jù)。

水文循環(huán)示意圖

但目前關(guān)于這里雨水同位素的研究十分匱乏，短期內(nèi)大家還不清楚它的特點(diǎn)。雖然現(xiàn)在有全球環(huán)流模式，能模擬印度夏季季風(fēng)的降雨分布和同位素變異性，和實(shí)際觀測(cè)結(jié)果較為吻合，但模擬出來的 “雨量效應(yīng)"（下雨多少和同位素的關(guān)系），數(shù)據(jù)存在顯著差異。

為了搞清楚這些問題，印度熱帶氣象研究所（IITM Pune）和本迪榭里大學(xué)（Pondicherry University）的專家，做了一項(xiàng)為期兩年的研究，研究對(duì)象是布萊爾港（安達(dá)曼群島最大城市）的雨水同位素。

研究旨在達(dá)成四大目標(biāo)：

明確該地區(qū)降水同位素的特性；

探究水汽來源、流動(dòng)、對(duì)流活動(dòng)等海洋大氣變量怎么影響同位素；

厘清“雨量效應(yīng)"的特點(diǎn)，以及它會(huì)不會(huì)受季風(fēng)季節(jié)內(nèi)變化的影響；

驗(yàn)證雨水同位素組成與影響季風(fēng)的降雨事件、水汽通量有沒有關(guān)系。

「研究方法」

在為期兩年的研究中，專家們每年在布萊爾港的本迪榭里大學(xué)校園，收集大約90個(gè)日常雨水樣本，裝在防漏的塑料瓶里，送到印度理工學(xué)院浦那分校進(jìn)行同位素分析。

最初，研究團(tuán)隊(duì)采用同位素比質(zhì)譜儀（IRMS）進(jìn)行檢測(cè)，后續(xù)又使用ABB OA-ICOS 激光同位素水和水蒸氣分析儀 TIWA-45-EP 型（GLA431-TIWA 增強(qiáng)型的前身）對(duì)所有樣本進(jìn)行分析。

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「核心成果」

結(jié)果顯示，兩臺(tái)儀器測(cè)出來的同位素比值，在±1σ的變化范圍內(nèi)一致，其中δ18O的分析精確度約為0.1%，δ2H的精確度小于1%。通過分析2012年和2013年布萊爾港的日降雨量和δ18O時(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)2012年降雨量越多，δ18O含量就越低，這一現(xiàn)象印證了“數(shù)量效應(yīng)"的存在。

布萊爾港2012年（上）和2013年（下）的日降雨量和δ18O時(shí)間序列。黑條代表雨量計(jì)數(shù)據(jù)，紅線是相應(yīng)的δ18O記錄。2012年的降雨量與δ18O之間存在明顯的反相關(guān)關(guān)系，說明了“數(shù)量效應(yīng)"。

研究還發(fā)現(xiàn)，孟加拉灣南部雨水的氧、氫同位素，雖然有熱帶海洋地區(qū)的典型特點(diǎn)，但會(huì)跟著海洋和大氣條件變化而變化，且在熱帶氣旋期間會(huì)出現(xiàn)很大程度的損耗。兩年來收集的同位素?cái)?shù)據(jù)表明，季風(fēng)季節(jié)初期，相對(duì)低濕但強(qiáng)勁的環(huán)流會(huì)導(dǎo)致雨滴適度再蒸發(fā)，進(jìn)而促成雨量效應(yīng)；而且雨水同位素的組成，不是由某一個(gè)降雨事件決定的，而是取決于水汽的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。

在季風(fēng)季節(jié)的成熟階段，隨著大氣條件的改變，雨滴蒸發(fā)程度減弱，這時(shí)候水汽量的影響，多依賴于水汽流量的匯聚，而不是當(dāng)?shù)氐恼舭l(fā)作用。總體來看，孟加拉灣上空的降水同位素，會(huì)隨著大面積的對(duì)流活動(dòng)而系統(tǒng)性減少，并受對(duì)流活動(dòng)綜合效應(yīng)的調(diào)節(jié)，且和季風(fēng)的季節(jié)內(nèi)變化、同步尺度波動(dòng)密切相關(guān)。

具體而言，季風(fēng)前期和中期的 “雨量效應(yīng)"，主要是降雨再蒸發(fā)導(dǎo)致的；后期則是因?yàn)樗麉R聚，而不是蒸發(fā)引發(fā)。另外，“數(shù)量效應(yīng)"在兩年間表現(xiàn)出明顯特征，且受季節(jié)內(nèi)季風(fēng)變化的調(diào)節(jié)。

這項(xiàng)研究讓我們更深入認(rèn)識(shí)印度洋北部的 “雨量效應(yīng)"，還有助于縮小觀測(cè)結(jié)果和降雨模式模擬之間的差異。

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案例來源：文中提及的研究是國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）“熱帶地區(qū)降水和古氣候檔案中的穩(wěn)定同位素以改進(jìn)區(qū)域水文和氣候影響模型"項(xiàng)目的組成部分。