姚俊強(qiáng)，楊青，伍立坤，許興斌

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.孝感市氣象局，湖北孝感432100；4.新疆師范大學(xué)，新疆烏魯木齊 830054；5.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州 743000）

天山地區(qū)水汽再循環(huán)量化研究

姚俊強(qiáng)1，2，楊青1，2，伍立坤3，許興斌4，5

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.孝感市氣象局，湖北孝感432100；4.新疆師范大學(xué)，新疆烏魯木齊 830054；5.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州 743000）

利用傳統(tǒng)氣候?qū)W的Brubaker二元模型和降水同位素平衡模型定量研究了新疆天山地區(qū)水汽再循環(huán)特征。結(jié)果表明：（1）氣候?qū)W角度，天山地區(qū)水汽再循環(huán)率為9.32%。當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量為41.8 mm，外來水汽輸送到山區(qū)形成的降水量為407.2 mm；（2）同位素水汽氘盈余為精細(xì)化的分析水汽再循環(huán)提供了新的思路，進(jìn)一步證實天山地區(qū)水汽主要來自于西風(fēng)帶的水汽輸送，而烏魯木齊站平均再循環(huán)水汽僅占到8%。隨著海拔的增加，水汽再循環(huán)率逐漸下降，在海拔2000 m以上的水汽再循環(huán)可以忽略不計。在西風(fēng)帶關(guān)鍵水汽輸送路徑建立降水同位素觀測斷面，使兩種方法相結(jié)合，共同研究水汽的來源和路徑問題，是下一步需要關(guān)注的問題。

水汽再循環(huán)；降水同位素；水循環(huán)；天山

大氣降水是水循環(huán)和水量平衡的重要組成部分，是地表水資源的根本來源。大氣降水量從根本上決定著一個地區(qū)水資源的豐富與否，尤其是在干旱區(qū)。一般認(rèn)為，某一地區(qū)的總降水量等于外來水汽輸送形成的降水量和當(dāng)?shù)仃懨嬲舭l(fā)的水汽形成的降水量之和，即外來水汽和水汽再循環(huán)[1-3]。對任一區(qū)域，本地蒸發(fā)的水汽再形成降水降回本地的過程稱為水汽再循環(huán)[1]。研究水汽再循環(huán)過程，對于理解區(qū)域水循環(huán)、水汽來源和對陸—氣相互作用研究具有重要的意義。

天山山系是中亞干旱區(qū)最大的山系，山脈橫貫東西，是中亞地區(qū)降水最多的地區(qū)，山區(qū)的大氣降水是地表水和地下水體的主要補(bǔ)給源，被稱為中亞的“濕島”和“水塔”[4-5]。通過前人大量的研究，水汽輸送對天山降水的影響已有了清晰的認(rèn)識[6-13]，外來水汽源分別為：（1）源自大西洋的海洋氣團(tuán)；（2）源自里海、黑海等的中亞氣團(tuán)；（3）源自印度洋的海洋氣團(tuán)；（4）源自北冰洋的極地氣團(tuán)，其中受來自大西洋的西風(fēng)帶水汽輸送影響最大。但是，這些研究忽略了水汽再循環(huán)過程對降水的影響，相關(guān)研究較少。水汽再循環(huán)研究方面，相關(guān)學(xué)者從傳統(tǒng)氣候?qū)W和水量循環(huán)角度建立了模型，常用的有Budyko一元模型[14]、Brubaker模型[15]、Eltahir模型[16]等，我國學(xué)者引入國內(nèi)，并做了改進(jìn)[3]。劉國緯對我國的水汽循環(huán)做了全面的分析，得出西北地區(qū)水汽再循環(huán)較弱，當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量僅占5.95%，而全國在10%左右[3]。張良等發(fā)現(xiàn)祁連山區(qū)水汽再循環(huán)率占到20.76%[17]。Guo和Wang利用Brubaker模型發(fā)現(xiàn)青藏高原水汽再循環(huán)率區(qū)域差異較大，最大達(dá)到40%以上[18]。龐忠和、孔彥龍等通過降水同位素技術(shù)，研究了烏魯木齊河流域的降水同位素變化，較為系統(tǒng)的研究了降水同位素的高程、溫度、緯度等效應(yīng)，為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)[1，2，19]。

鑒于以上研究成果，為了更加明確天山地區(qū)的水汽再循環(huán)研究，本文應(yīng)用Trenberth二元模型和降水同位素平衡模型，定量研究天山山區(qū)水汽再循環(huán)率，為區(qū)域水資源利用和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。需要說明的是，由于資料的限制，本文所指的僅是中國境內(nèi)的天山部分。

1 資料與方法

1.1 資料

研究天山地區(qū)的當(dāng)?shù)卣舭l(fā)對降水量的定量貢獻(xiàn)，需要用到天山地區(qū)常規(guī)氣象臺站的地面觀測資料和高空資料。地面資料包括海拔≥1500m的10個測站（外加烏魯木齊站）的逐月氣溫、降水量、相對濕度、風(fēng)速、日照時數(shù)等氣象要素，起止時間為最新統(tǒng)編資料的年限即1981—2010年。天山山區(qū)無高空探測站點，因此選用常用的再分析資料。NCEP/ NCAR再分析資料是目前世界各國氣象學(xué)家研究天氣和氣候時的常用資料，劉蕊和楊青[20]發(fā)現(xiàn)在新疆NCEP/NCAR1°×1°資料比2.5°×2.5°資料更接近探空資料，且能較好地反映新疆降水過程的水汽輸送、輻合和演變特征[11]。因此，本文選擇NCEP/NCAR逐日4次再分析1°×1°再分析資料，包括1000～100 hPa共21層的地面氣壓、比濕、風(fēng)場資料，時間起止為2000—2010年。水汽輸送量的具體計算見文獻(xiàn)[3]，其中月和年水汽通量是利用日水汽通量時間積分得到，整層水汽收支選取地面至100 hPa進(jìn)行積分得到。

國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）和國際氣象組織（WMO）共同建立了全球大氣降水同位素監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（GNIP），提供了自20世紀(jì)50年代后期以來全球不同地區(qū)的降水同位素數(shù)據(jù)，烏魯木齊站是唯一的天山地區(qū)降水同位素監(jiān)測站點，觀測時間為1986—2003年（表1）。選取月均的降水同位素2H與18O數(shù)據(jù)及對應(yīng)的平均氣溫、降水量。為使降水觀測具備代表性，不同海拔的觀測是必要的。中科院地質(zhì)與地球物理研究所在烏魯木齊河流域進(jìn)行了降水同位素觀測，實驗時間為2003年4月—2004年7月，降水同位素觀測點選在高山站和后峽站[1-2]。本研究采用該實測數(shù)據(jù)做相關(guān)研究，數(shù)據(jù)來自水同位素與水巖反應(yīng)實驗室，同位素2H與18O的測試精度分別為±0.1‰和±0.02‰。

1.2 方法

1.2.1 地氣系統(tǒng)水量平衡

地氣系統(tǒng)水量平衡方程是對陸地—大氣系統(tǒng)水循環(huán)過程中各水文要素之間數(shù)量關(guān)系的定量描述。陸地—大氣系統(tǒng)的水循環(huán)過程十分復(fù)雜，因此，很難對一個區(qū)域的地氣系統(tǒng)水文循環(huán)過程做出清晰、完整的描述。本文利用較為清晰的概念模型來討論水文循環(huán)的大氣過程[21]。根據(jù)水量平衡原理：

表1 烏魯木齊河流域降水同位素觀測站點信息

式中，F(xiàn)為當(dāng)?shù)厣峡账膬羲浚籉in為境外水汽輸入量；Fout為輸出的水汽總量；P為總降水量；Pm為蒸發(fā)水汽在當(dāng)?shù)匦纬傻慕邓?；Pa為區(qū)域外輸入水汽直接形成的降水量。

我們定義當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽對降水的貢獻(xiàn)為β，稱為水汽再循環(huán)率，即水汽再循環(huán)產(chǎn)生的降水量在總降水量中所占的比重[1]。則有

圖1表示了水循環(huán)的概念模型，為研究區(qū)域水汽的再循環(huán)提供了物理圖像。從區(qū)域外輸入的水汽和當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽，在區(qū)域陸地—大氣系統(tǒng)的水文循環(huán)過程中，經(jīng)歷了許多次具有不同時間尺度和不同空間尺度的水文再循環(huán)過程[17]。下面分別闡述計算水汽再循環(huán)率的氣候?qū)W和水文學(xué)方法。

圖1 地氣系統(tǒng)水循環(huán)框架圖[18]

1.2.2水汽再循環(huán)的氣候?qū)W量化方法

根據(jù)公式（2），認(rèn)為區(qū)域內(nèi)的總降水量等于外來水汽形成的降水量和當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量之和。國內(nèi)外氣候水文學(xué)者從氣候?qū)W角度提出了定量化當(dāng)?shù)卣舭l(fā)水汽對形成降水貢獻(xiàn)的方法[3，14-17]。本文利用Brubaker二元模型[15]，基于2個基本假設(shè)：（1）降水、蒸發(fā)、大氣水汽含量和水汽輸送通量在所研究區(qū)域內(nèi)的分布呈線性變化；（2）境外輸入水汽和境內(nèi)蒸發(fā)的水汽在本地區(qū)上空得以充分混合，具有形成降水的同等機(jī)會。根據(jù)假設(shè)（1），區(qū)域上空水汽含量中由境外輸入的部分Qa為

式中，A是區(qū)域面積，單位為km2。同樣，由境內(nèi)蒸發(fā)的部分水汽量Qm為

由假設(shè)（2）得，Qa和Qm充分混合。因此，Pa和Pm的比值等同于Qa和Qm的比值，即

綜合公式（2）—（6），可以得出水汽再循環(huán)率為

式中，E為實際蒸發(fā)量，單位為mm。在生態(tài)水文學(xué)中，基于水熱耦合平衡的Budyko模型成為估算實際蒸發(fā)量的方法之一[14]。我國氣候?qū)W家傅抱璞[22]推導(dǎo)出具有堅實的數(shù)理基礎(chǔ)的Budyko假設(shè)解析表達(dá)式，稱為傅抱璞公式，具體為

式中，E是實際蒸發(fā)量；ET0是潛在蒸發(fā)量；P是降水量；是參數(shù)，取決于流域下墊面條件，如植被覆蓋、土壤屬性和地貌特性等。姚俊強(qiáng)等[23]建立了新疆干旱區(qū)各區(qū)域參數(shù)值，其中天山山區(qū)值為1.66。因此，可以利用公式（8）來估算天山地區(qū)實際蒸發(fā)量，其中潛在蒸發(fā)量采用FAO推薦的Penman-Monteith方法[24]。

1.2.3水汽再循環(huán)的同位素水文學(xué)量化法

水汽再循環(huán)的同位素量化方法，主要是基于質(zhì)量守恒和同位素平衡模型，本文所用的為基于氘盈余的水汽同位素平衡模型。國際上通用δ值來表示元素的同位素含量。δ值是指水樣品中某元素的同位素比值（R）相對于標(biāo)準(zhǔn)水樣同位素比值（RVSMOW）的千分偏差，即[25]

用δ值表示水的同位素比值可以很明確地看出同位素比值變化的方向和程度。如δ值為正表示水樣較標(biāo)準(zhǔn)富含重同位素，δ值為負(fù)表示水樣較標(biāo)準(zhǔn)富含輕同位素。

Dansgaard[26]提出了氘盈余的概念,并將其定義為:

干旱區(qū)陸表蒸發(fā)的水汽氘盈余顯著高于降水和外來水汽的氘盈余值[19]，因此，氘盈余作為示蹤劑，能夠更加準(zhǔn)確地指示水汽來源，量化水汽來源?？讖埡妄嬛液偷忍峁┝艘环N利用同位素與氘盈余來獨立計算水汽再循環(huán)率的方法[1-2]。在干旱區(qū)，蒸發(fā)量較大，云下蒸發(fā)是不可忽略的過程。因此，水汽再循環(huán)包括兩部分，一是云下蒸發(fā)部分，當(dāng)溫度低于0℃時，云下蒸發(fā)過程不明顯，可用Froehlich模型[27]；二是陸表（水面）蒸發(fā)部分。以氘盈余作為示蹤劑，Peng等建立了基于氘盈余的水汽同位素平衡模型（Peng模型）[28]：

式中，fc為降水蒸發(fā)剩余比，dc為云層底部降水的氘盈余，dadv為外來水汽的氘盈余，devap為再循環(huán)水汽的氘盈余。具體計算過程見文獻(xiàn)[1]。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于氣候?qū)W方法的天山地區(qū)水汽再循環(huán)率計算

天山地區(qū)地形復(fù)雜，站點稀缺，對其降水量的合理計算是一個難點。史玉光等[29]結(jié)合新疆天山的地理、氣候和站點分布特征，提出了新疆天山地區(qū)降水量的插值計算方法，即以自然正交分解（EOF）和DEM相結(jié)合的梯度距離平方反比法（GIDS）。楊蓮梅等[13]對該方法在計算天山地區(qū)降水量進(jìn)行了擬合誤差分析，發(fā)現(xiàn)相關(guān)誤差為6.8%，證實該方法在天山地區(qū)科學(xué)可行。經(jīng)計算，天山地區(qū)2000—2010年平均降水量為449.0 mm，夏季降水量最大，為232.4 mm，春秋季節(jié)分別為108.2 mm和81.0 mm，冬季僅為27.4mm。

利用NCEP/NCAR逐日4次再分析1°×1°再分析資料估算了天山地區(qū)2000—2010年整層水汽平均輸入量。需要將境外流入山區(qū)的水汽輸送量轉(zhuǎn)化為區(qū)域面平均值，本研究的山區(qū)格網(wǎng)計算面積為3.203×105km2。經(jīng)計算，2000—2010年流入山區(qū)的境外水汽輸送量為4 258.8 mm，其中夏季輸送量最大，為1 756.9 mm，春秋季分別為1 046.2 mm和949.4mm，冬季為505.2mm。經(jīng)Penman-Monteith模型和傅抱璞公式（8）估算的山區(qū)多年平均實際蒸發(fā)量為273.2 mm，其中夏季為140.1 mm，春秋季分別為59.9mm和59.1mm，冬季僅為11.1mm。

綜合以上計算結(jié)果，利用公式（7），計算得出天山地區(qū)年水汽再循環(huán)率為9.32%（表2）。水汽再循環(huán)率在夏季最高，為11.32%，春秋季相當(dāng)，分別為8.41%和8.64%，冬季為3.40%。在天山地區(qū)，當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量為41.8mm，外來水汽輸送到山區(qū)形成的降水量為407.2 mm。因此，天山地區(qū)主要依靠外來輸送水汽到山區(qū)上空，在地形和大氣環(huán)流的綜合作用下形成降水。

表2 天山地區(qū)四季水循環(huán)要素

2.2 基于同位素平衡模型的天山地區(qū)水汽再循環(huán)率計算

某一地區(qū)δD～δ18O線性關(guān)系被稱為區(qū)域大氣降水線（LMWL），區(qū)域大氣降水線往往偏離全球大氣降水線，為研究一個局部地區(qū)的降水同位素提供參照，反映了各自降水的變化規(guī)律。因此，同位素的方法通常是繪制區(qū)域降水δ2H-δ18O圖，然后依照圖2分析各種影響同位素變化的過程[1]。

全景漫游技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，其構(gòu)思性、沉浸感、交互性的特征尤為凸顯，得圖F4全景相機(jī)和大疆精靈Phantom 4 Pro無人機(jī)的使用更是錦上添花。選擇高質(zhì)量的拼圖軟件對于無縫全景圖像至關(guān)重要，優(yōu)秀的拼圖軟件將具有更出色的操作邏輯和更精準(zhǔn)的算法，才能獲得更高質(zhì)量的全景圖像。如圖1所示，三維全景漫游系統(tǒng)的制作流程。

Craig等利用GNIP觀測網(wǎng)絡(luò)全球的200多個站點的大氣降水同位素數(shù)據(jù)，得出全球尺度下的大氣降水線，被稱為全球降水線（GMWL）[25]：

利用GNIP網(wǎng)站提供的烏魯木齊站1986—2003年各月的降水同位素數(shù)據(jù)，得出大氣降水δ2H-δ18O關(guān)系，即當(dāng)?shù)氐拇髿饨邓€（LMWL_Urumqi），即

烏魯木齊大氣降水中的δ2H在-204.5‰～ -8.9‰之間，平均值為-86.25‰，變差系數(shù)為5.3%；δ18O在-27.97‰～1.8‰，平均值為-12.42‰，變差系數(shù)為5.1%。全年降水同位素變化明顯，從12月至次年7月，降水同位素值呈逐漸增加趨勢；8—11月同位素值迅速減小。

烏魯木齊地區(qū)大氣降水線的斜率（6.977）小于全球降水線（8），接近于西風(fēng)帶的斜率（7.24[1]）。一方面說明了該地區(qū)降水的水汽主要來自于西風(fēng)帶的水汽輸送；另一方面，降水至地面過程中發(fā)生了云下蒸發(fā)[27]。在新疆，蒸發(fā)量大，綠洲和水體等陸面蒸發(fā)的水汽和外來水汽一起形成降水。此外，由于溫度較高，雨滴從云底至地面的過程中會有蒸發(fā)，即云下蒸發(fā)。陸面蒸發(fā)和降水云下蒸發(fā)合稱為水汽再循環(huán)過程。根據(jù)圖2所示，水汽再循環(huán)過程中，氘盈余d值會偏高，同位素貧化。進(jìn)一步說明在干旱區(qū)可以用氘盈余來研究水汽再循環(huán)過程。

圖2 烏魯木齊水分內(nèi)循環(huán)與云下蒸發(fā)控制的降水同位素演化示意圖

在干旱環(huán)境中，蒸發(fā)量的大小主要取決于降水量，而溫度也是影響因子之一。而在干旱區(qū)，降水同位素有明顯的溫度效應(yīng)。因此，溫度影響著不同的降水過程，溫度與氘盈余d和δ18O的關(guān)系可以定性的判定水汽再循環(huán)的存在?？讖埖萚1-2]發(fā)現(xiàn)了烏魯木齊河流域降水同位素因溫度區(qū)間而異，包括絕熱膨脹、水汽再循環(huán)與云下蒸發(fā)等降水過程（圖3）。在天山山區(qū)，溫度主要受海拔高度的影響，說明地形是影響水汽再循環(huán)的主要因素之一。

根據(jù)公式（11），可以定量的計算烏魯木齊河流域不同海拔高度的水汽再循環(huán)的差異。從烏魯木齊站到高山站，隨著海拔的增加，水汽再循環(huán)率逐漸下降。在山區(qū)，僅在溫度高于0℃的季節(jié)有水汽再循環(huán)發(fā)生，降雪過程中當(dāng)?shù)卣舭l(fā)貢獻(xiàn)幾乎為0。在綠洲，除了平均溫度低于0℃的1月，其余季節(jié)均有水汽再循環(huán)發(fā)生。烏魯木齊站平均再循環(huán)水汽占到8%，在3—6月低于均值，而8—11月明顯抬高[1-2]。

2.3 天山地區(qū)水汽再循環(huán)率

基于上述氣候?qū)W和同位素水文學(xué)的分析，天山地區(qū)水汽再循環(huán)率分別為9.32%和8%，兩者在四季的結(jié)果相似（圖4）。值得說明的是，氣候?qū)W方法是把天山山區(qū)做為一個整體來研究的，而同位素結(jié)果僅來自烏魯木齊河流域。烏魯木齊河的實驗表明，海拔2000 m以上的水汽再循環(huán)率已經(jīng)很小，僅為0.33%；而臨近一號冰川的高山站僅在6月有1%的再循環(huán)率。因此，在海拔2000m以上的水汽再循環(huán)可以忽略不計。選取新源（929.1 m）、昭蘇（1 854.6 m）、巴音布魯克（2 458.9m）和巴里坤（1 650.9 m）為天山地區(qū)代表站點，分別計算Pm。在氣候?qū)W角度，各站的Pm分別為49.8、50、27.8和21.4mm。

圖3 烏魯木齊河流域降水同位素18O、氘盈余與氣溫的關(guān)系（數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[1]）

圖4 基于兩種方法的天山地區(qū)降水量分解

3 結(jié)論與討論

一個基本認(rèn)識是，某一區(qū)域內(nèi)的總降水量等于外來水汽形成的降水量和當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量之和。本研究從氣候?qū)W和降水同位素水文學(xué)的角度，利用改進(jìn)的方法，對天山地區(qū)水汽再循環(huán)進(jìn)行了定量研究，得出了以下結(jié)論：

（1）氣候?qū)W角度，天山地區(qū)水汽再循環(huán)率為9.32%。當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽形成的降水量為41.8mm，外來水汽輸送到山區(qū)形成的降水量為407.2mm。

（2）在同位素水文學(xué)角度，天山地區(qū)水汽主要來自于西風(fēng)帶的水汽輸送，而烏魯木齊站平均再循環(huán)水汽僅占到8%。隨著海拔的增加，水汽再循環(huán)率逐漸下降，在海拔2000 m以上的水汽再循環(huán)可以忽略不計。

3.2 討論

氣候?qū)W上，開展水汽再循環(huán)的研究較早。1974年著名水文氣候?qū)W家Budyko提出了估算水汽再循環(huán)的一元模型[14]，該模型被我國水文學(xué)家劉國緯先生改進(jìn)后介紹到國內(nèi)，一直沿用至今[3，17]。Brubaker把該模型擴(kuò)展到區(qū)域尺度，后經(jīng)Trenberth擴(kuò)展到月時間尺度[30]，即成為本研究2.2.2部分介紹的Brubaker二元模型[15]。還有Eltahir和Bras建立的二元水汽平衡模型[16]。Guo和Wang把Brubaker模型應(yīng)用到青藏高原地區(qū)，證實該模型在高海拔山區(qū)具有適用性[18]。但是，Brubaker模型用水量平衡原理，把整個區(qū)域看做一個格點組成的整體，且認(rèn)為降水、蒸發(fā)和水汽輸送在區(qū)域內(nèi)呈線性變化分布，雖然精簡了繁瑣的計算，但忽略了水循環(huán)要素的非線性變化對水汽再循環(huán)的影響，尤其是山區(qū)特殊的地形結(jié)構(gòu)和下墊面特征。此外，該方法需要水循環(huán)過程的大量參數(shù)，在資料稀缺地區(qū)缺少應(yīng)用。

隨著同位素技術(shù)的發(fā)展，水同位素可以較好地示蹤水汽來源，而氘盈余示蹤水汽來源更加準(zhǔn)確簡單[31]。本研究所用的方法，是經(jīng)Kong等在經(jīng)典的Peng模型和Froehlich模型基礎(chǔ)上改進(jìn)后，經(jīng)Monte-Carlo算法檢驗，適合于干旱區(qū)。Froehlich等研究發(fā)現(xiàn)阿爾卑斯山區(qū)的再循環(huán)比約為2.5%～ 3%[27]；Tsujimura等發(fā)現(xiàn)青藏高原那曲地區(qū)陸表蒸發(fā)形成的水汽在降水中大約為27%[32]；而臺灣山區(qū)陸地蒸發(fā)的水汽在山區(qū)年降水中比例可達(dá)37%[27]。因此，利用同位素方法，獲取區(qū)域不同海拔上的水汽再循環(huán)，可以獲得更高精度的結(jié)果，為更加精細(xì)化地分析水汽再循環(huán)提供了新的思路。

本研究僅利用傳統(tǒng)氣候?qū)W和新的同位素水文學(xué)方法分別計算了水汽再循環(huán)。但如何使兩種方法相結(jié)合，揚(yáng)長避短，相互佐證，共同研究水汽的來源和路徑問題，是下一步需要研究的問題。此外，同位素水文實驗在天山地區(qū)開展較少，而其獨特的水汽源地示蹤優(yōu)勢，需要氣候研究者更多的關(guān)注，在西風(fēng)帶關(guān)鍵水汽輸送路徑建立定點長期觀測，是未來需要進(jìn)一步探討的問題。

水汽再循環(huán)的研究對水資源管理和實施調(diào)水工程具有重要的意義，本文證實了被譽(yù)為中亞“水塔”的天山地區(qū)水汽再循環(huán)率僅為8%～9.32%，說明當(dāng)?shù)卣舭l(fā)的水汽對降水的貢獻(xiàn)較小，而廣大的沙漠戈壁地區(qū)無水可蒸發(fā)，水汽再循環(huán)能力更弱。

致謝：中科院地質(zhì)與地球物理研究所水同位素與水巖反應(yīng)實驗室提供烏魯木齊河流域降水同位素觀測數(shù)據(jù)；中科院的孔彥龍博士和蘭州大學(xué)的李若麟提供相關(guān)參考資料，在此感謝！

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Quantifying Recycled Moisture Fraction in Precipitation of Tianshan Mountains

YAO Junqiang1，2，YANG Qing1，2，WU Likun3，XU Xinbing4，5
（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi830002，China；2.Center of Central Asia Atmospheric Science Research，Urumqi 830002，China；3.Xiaogan Meteorological Bureau，Xiaogan 432100，China；4.Xinjiang Normal University，Urumqi830054，China；5.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 734000，China）

This paper investigated the quantifying recycled moisture fraction in precipitation of Tianshan Mountain,China.The precipitation isotopic data were collected from Urumqi stations and analyzed by the Brubakermodel and isotopic equilibrium model.Terrestrialmoisture recycling by evapotranspiration has recently been recognised as an important source of precipitation that can be characterised by its isotopic composition and watermass balance equation.The results showed that the precipitation recycling ratio is 9.32%by the Brubaker model in Tianshan Mountain,and the annual average is 8%in Urumqi region using the isotopic equilibrium model.The precipitation recycling ratio is declined with elevation,and approximates to zero above 2000 m.In arid and semi-arid regions,the contribution of transpiration by plants to local moisture recycling can be small,so that evaporation by bare soil and surface water bodies dominates.The article includes a discussion of these findings in the context ofwater cycling in the studied region.

precipitation recycling ratio；precipitation isotopic；water cycle；Tianshan Mountains

P434.5

B

1002-0799（2016）05-0037-07

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.05.006

2015-11-13；

2016-01-05

中國沙漠氣象科學(xué)研究基金項目（Sqj2015012）；中國博士后科學(xué)基金（2016M592874）；國家自然科學(xué)基金項目（41605067；41375101;41505025）共同資助。

姚俊強(qiáng)（1987-），男，助理研究員，主要從事干旱區(qū)氣候變化與水循環(huán)機(jī)理研究。E-mail：yaojq@idm.cn

姚俊強(qiáng)，楊青，伍立坤，等.天山地區(qū)水汽再循環(huán)量化研究[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：37-43.