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同位素记录揭示了气候动态变化的复杂性

2021-10-08 10:46     来源:IAEA     国际原子能机构同位素分析


好望角是南非开普半岛海岸线上的一块岩石狭窄的土地,由于其天气条件,曾经被称为“风暴角”——同位素水文学正被用来找出造成这种情况的原因全球范围内的气候动态及其变化。(照片:F.伯恩哈特)

2018年初,开普敦成为世界上第一个面临淡水完全耗尽前景的大城市。一个归因于气候变化干旱的继承 带来了南非城市陷入瘫痪,迫使地方官员实行严格的限水措施,刺激市民小心管理其个人的用水量。虽然那年 6 月,强降雨最终缓解了这座城市的压力,但这场危机使全球关注在面对气候变化时更好地了解降雨模式的重要性。

气候条件变化对水资源构成的风险并非南非独有,国际原子能机构科学家正在使用全球同位素数据库来揭示温度和降雨量之间的动态变化。他们在世界各地发现了巨大的差异,泰国曼谷的大雨源于蒸发的海水,而在开普敦,降雨源于强风暴和混合水源。

更好地了解这些关系和降雨的起源是预测世界各地未来降雨模式的关键。这是原子能机构最近作为《自然科学报告》发表的众多发现之一,该报告还表明,在不同水源中发现的模式可用于了解过去、现在和未来特定于区域的气候变化。

“通过评估降雨的同位素组成并将这些信息与气温相结合,我们已经能够确定全球降雨中氧同位素的分布是气候动态变化的关键指标,可用于了解特定区域的气候变化, ” 国际原子能机构同位素水文学家、《自然》杂志报告的作者之一尤利娅·维斯塔夫娜 (Yuliya Vystavna) 说。“这反过来可以帮助决策者设计适当的适应策略。”

该研究涉及来自世界各地 20 个测量站的数据,揭示了全球不同的气候响应模式,并发现:

• 气温与降雨的关系复杂,不能一概而论。例如,曼谷的温度与降雨的关系与维也纳、奥地利或开普敦不同,因为导致降雨的湿气来自不同的来源。

• 了解温度对降雨的关系和影响是非线性的——温度升高并不会简单地按比例增加降雨。可以建立复杂的非线性关系以做出更好的预测。

• 热带地区和季风地区的台站表明降雨中的氧 18 ( 18 O) 和同位素关系使这些台站适合研究气候变化。

• 一些地区的氧同位素不仅受气温和降雨量的控制,还有其他需要更深入研究的复杂因素,例如更长期的周期。

“通过研究,我们发现全球降水的18 O 组成可以被视为对过去的记忆,突出了不同季节的水分来源和降雨量。需要做更多的工作,因为 60 年的记录是了解长期气候动态的一个相对较短的时期,因此,我们应该保持对全球降雨量的同位素分析,以更好地了解未来的气候影响,”Vystavna 说。

应对全球挑战的全球数据

该研究是原子能机构及其合作者通过全球降水同位素网络(GNIP)开展的工作的一部分,他们监测、记录和评估温度和降水的变化。该网络由世界各地的监测站组成,分析了自然产生的氘 ( 2 H) 和18 O(分别是氢和氧的稳定同位素 - 参见氘和氧的作用-18)的长期记录,它们受到影响受海面温度和降雨的影响。几十年来,对每个 GNIP 地区的降水中2 H 和18 O 的量、平均地表气温和一个月内的降雨量进行了分析。

测量雨水中这些同位素的比率,科学家可以帮助检测区域气候模式,并揭示空气中的水分、空气的大规模运动和大气-海洋振荡之间的关系。

同位素分析是在全球范围内更好地了解气候动态的理想方法,因为该技术价格合理,采样也很容易——使其成为可在所有地区使用的复杂工具。


该地图显示了过去 60 年中属于 GNIP 的站点及其降水率。(基本地图来自 OpenStreetMap 和 OpenStreetMap Foundation,在开放数据库许可下。通过这项研究,参与包括同位素追踪在内的原子能机构技术合作项目的国家可以学习如何最好地分析和解释自己的同位素数据。

此类研究将继续对洪水、干旱和湖泊中的水进行同位素分析。

科学

氘和氧的作用-18

2 H 和18 O 是天然存在的稳定同位素,不会随时间衰减。通过确定不同水源的同位素特征,科学家们可以了解海洋、大气和陆地水库随着时间的推移之间的相互作用,以及确定和研究水的年龄和运动。例如,沉淀样品中18 O的数量和比例可以使用多种技术进行测量。这有助于记录数千年来地球的温度和气候。

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