观察与模拟降水δ18O对青藏高原的气候控制外文翻译资料

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观察与模拟降水delta;¹⁸O对青藏高原的气候控制

Tandong Yao,^1,2 Val.erie Masson-Delmotte,³ Jing Gao,¹ Wusheng Yu,¹ XiaoxYang,¹Camille Risi,⁴ Christophe Sturm,⁵ Martin Werner,⁶ Huabiao Zhao,¹ You He,¹ Wei Ren,¹ Lide Tian,^1,2 Chunming Shi,³ and Shugui Hou^2,7

摘要：降水中的稳定氧同位素比值（delta;¹⁸O）是全球大气过程的综合示踪剂。自20世纪90年代以来，一直致力于研究位于西风与印度季风之间气团交汇处的青藏高原20多个台站的降水同位素组成。本文建立了降水delta;¹⁸O数据库，并利用不同的模型评估了降水delta;¹⁸O对青藏高原的气候控制。降水delta;18O的时空分布特征及其与温度和降水的关系揭示了三个不同的区域分别与西风带（青藏高原北部），印度季风（青藏高原南部）以及两者之间的过渡相关。由于孟加拉湾（BOB）和南印度洋之间的水分来源发生变化，季风区的降水delta;¹⁸O在5月份急剧下降，在8月份大部分枯竭。高分辨率大气模式捕捉了降水delta;¹⁸O的空间和时间模式及其与西风带和印度季风的水汽输送的关系。只有在西风带，大气模式才能够代表气候和降水delta;¹⁸O之间的关系。当西风或印度季风是大气唯一的主导过程时，就会出现更为明显的温度效应。观测和模拟的高度delta;¹⁸O关系强烈依赖于季节和区域（印度季风或西风带）。我们的研究结果对解释古气候记录和应用大气模拟来定量古气候和古海拔变化具有重要意义。

1、引言

青藏高原平均海拔在4000米以上，地理覆盖面广，气候影响大，被视为地球的“三极”。青藏高原的地形高度是中纬度西风带的屏障，其动力影响和热力影响加强了印度季风，促成了大规模的大气环流（Bothe et al.,2011）。反之,在太平洋地区，西风和印度季风的影响（图1a）对于湿热平流和气候模式是非常重要的（An et al.,2012）。已知青藏高原积雪和反照率对大气环流有较大的影响（Wu and Qian, 2003; Ma et al., 2009; Kanget al., 2010;Poulsen ,Jeffery, 2011）。青藏高原对气候变化和区域人为强迫特别敏感（Xu et al.,2009），目前正在处于变暖状态（Yao et al.,1996a; Liu，Chen，2000; Tian et al.,2006; Kang et al.,2007; Qin et al.,2009），对生物多样性和环境产生重要影响（Klein et al.,2004; Wang et al.,2008）。由于季风降水和冰川融化，青藏高原也充当周边地区的水塔（Barnett et al., 2005; Yao et al., 2007; Viviroli et al., 2007; Bates et al., 2008; Immerzeel et al., 2010; Bolch et al., 2012; Gardelle et al., 2012; Jacob et al., 2012）。基于对观测模型的理解，这些特征激发了对控制青藏高原水循环的大规模（水分运输）和局部尺度（蒸发）大气过程的需求。

水稳定同位素（H₂¹⁸O，H₂¹⁷O，HDO，通常表示为delta;¹⁸O，delta;¹⁷O，delta;D，本研究中限于delta;¹⁸O）是大气过程的综合示踪剂（Dansgaard, 1964; Craig and Gordon, 1965），应用于大气动力学（Vimeux et al.,2005a，2011a; Tian et al.,2007; Risi et al.,2008a,2010a; Gao et al.,2011）、水文学（Gao et al.,2009; Landais et al.,2010），云过程（Schmidt et al.,2005; Risi et al.,2012a，2012b）以及过去区域气候变化的定量估计，该过去区域气候变化来自过去沉淀同位素组成的自然档案（Thompson,2000; Ramirez et al.,2003; Yao et al.,2008; Liang et al.,2009; Cai et al.,2010）。

图1（a）青藏高原上西风带和印度季风影响下水汽输送的一般模式。红色三角形描述了delta;¹⁸O监测点的位置：1-乌鲁木齐，2-张掖，3-塔希库勒，4-德令哈，5-和田，6-兰州，7-喀布尔，8-沱沱河，9-玉树，10-狮泉河，11-改则，12-那曲，13-杨村，14-波密，15-鲁朗, 16-拉萨, 17-Nuxia, 18-白地, 19-拉孜，20-Wengguo，21-定日，22-Dui, 23-聂拉木, 24-樟木; 空心圆圈表示冰芯地点：a-慕士塔格，b-敦德，c-Mal.an，d-Guliya，e-普若岗日，f-格拉丹东，g-唐古拉¹，h-唐古拉²，i-作秋浦，j-Dasuopu，k - 绒布东部.。三角形代表GNIP台站，下三角形代表TNIP台站。（b）影青藏高原降水delta;¹⁸O的主要过程的示意图。

Figure 1. (a) General. patterns of moisture transport under the influences of the westerlies and Indian monsoon over the TP. Red triangles depict locations of delta;¹⁸O monitoring stations: 1-Urumqi, 2-Zhangye, 3-Taxkorgen, 4-Delingha, 5-Hetian, 6-Lanzhou, 7-Kabul, 8-Tuotuohe, 9-Yushu, 10-Shiquanhe, 11-Gaize, 12-Nagqu, 13-Yangcun, 14-Bomi, 15-Lulang, 16-Lhasa, 17-Nuxia, 18-Baidi, 19-Larzi, 20-Wengguo, 21-Dingri, 22-Dui, 23-Nyal.am, 24-Zhangmu; open circles show ice core sites: a-Muztagata, b-Dunde, c-Mal.an, d-Guliya, e-Puruogangri, f-Geladandong, g-Tanggula 1, h-Tanggula 2, i-Zuoqiupu, j-Dasuopu, k-East Rongbuk. Up triangles stand for GNIP stations and down triangles stand for TNIP stations. (b) Schematic representation of the main processes affecting precipitation delta;¹⁸O over the TP.

在青藏高原，降水delta;¹⁸O反映了西风与印度季风之间相互作用的综合信息，并结合了以蒸发，对流和液滴再蒸发为特征的局地循环（图1b）。因此，青藏高原既提供了影响现今和过去降水同位素组成的多个过程的特殊通道，又为建模和数据解释提供了特殊的复杂性。

自20世纪60年代以来，由于监测站每月或以事件基础运行，降水同位素组成的文件已经出现。同时，水稳定同位素建模已经从简单的瑞利蒸馏模型（Dansgaard, 1964; Craig and Gordon, 1965）发展到在复杂的大气环流模式中引入水delta;¹⁸O（Joussaume et al.,1984; Jouzel et al.,1987; Hoffmann et al.,1998; Mathieu et al.,2002; Noone and Simmonds,2002; Lee et al.,2007; Schmidt et al.,2007; Yoshimura et al.,2008; Tindal.l et al.,2009; Nooneand Sturm,2010; Risi et al.,2010a），以及最近的区域大气模式（Sturm et al.,2005,2007a,2007b; Yoshimura et al.,2010; Pfahl et al.,2012）和对流模型（Risi et al.,2008b）。新数据以及当前或过去气候的数据和模型之间的协同作用共同促进了基于过程的对降水delta;¹⁸O的大规模和局部驱动因素的理解进展。

表1 来自TNIP和GNIP^a的24个降水采样站的汇总数据

TABLE 1. Summary Data for 24 Precipitation-Sampling Stations From the TNIP and the GNIP^a

对于每个地点，考虑到以下因素，数据库做了系统的质量控制：（i）准确的delta;¹⁸O测量（分析不确定度为0.2permil;或更好），（ii）采样周期的持续时间，以及（iii）明显的异常值（delta;¹⁸O 大于5permil;的数据和强烈偏离周围delta;¹⁸O数据的数据被删除）。基于事件的delta;¹⁸O观测台站以粗体突出显示。杨村，Nuxia，拉孜，定日和樟木的资料少于1年，这些台站的年delta;¹⁸O是可用月份的数量加权delta;¹⁸O平均值。

For each location, the database has undergone systematic qual.ity control considering the following factors: (i) precise delta; O measurements (anal.ytical. uncertainty of 0.2permil; or better), (ii) duration of the sampling period, and (iii) obvious aberrant val.ues (delta;¹⁸O data which are larger than 5permil; and strongly deviate from surrounding delta;¹⁸O data are removed). Stations with event-based delta;¹⁸O observations are highlighted in bold. Data at Yangcun, Nuxia, Larzi, Dingri, and Zhangmu are shorter than 1 year and the annual. delta;¹⁸O for those stations are amount-weighted delta;¹⁸O averages of available months.

模型数据比较的一个重要进展是在足够的空间分辨率下进行delta;¹⁸O模拟，以捕获区域水循环过程，并推动大气再分析，提供真实的天气大气模式（Yoshimura et al., 2008）。推导模拟输出与台站delta;¹⁸O的对比提供了对控制降水delta;¹⁸O过程的定量和物理基础的理解。它还提供了一个与古典气象信息相辅相成的工具来评估水循环的关键过程。（Yoshimura et al., 2003; Risi et al., 2010a）。

青藏高原水delta;¹⁸O的系统监测工作（表1）始于20世纪80年代，晚于其他地区（Roza- nski et al., 1992; Araguaacute;s-Araguaacute;s et al., 1998）。监测工作始于20世纪80年代的冰芯取样和随后的台站采样（Yao et al., 1991, 1996a, 1999; Zhang et al., 1995; Tian et al., 2003; Yu et al., 2008; Yang et al., 2012）。。站点抽样已形成30多个站点，19个站点连续、系统地运行（图1a和表1）。随后，青藏高原及周边地区的40多个台站，在中国河流、降水同位素网络（CNIRP）和西藏观测研究平台（TORP）内开展了基于事件的降水delta;¹⁸O采样。在由国际原子能机构（IAEA）运行的全球降水同位素网络（GNIP）中，拉萨收集了自20世纪80年代以来的月降水量数据。在下面的讨论中，我们将降水采样称为台站delta;¹⁸O，所有这些数据都嵌入在降水delta;¹⁸O中，，而对于来自积雪和冰芯测量的数据，则称为冰芯delta;¹⁸O。

开创性的研究表明，青藏高原北部和天山山区的水delta;¹⁸O在温度上存在明显

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