ECHAM6-wiso模型近地表水汽同位素组成与诺伊迈尔第三站（Neumayer Station III）实地测量结果的比较

《Frontiers in Earth Science》：Comparison of ECHAM6-wiso near-surface water vapour isotopic composition with in situ measurements at Neumayer Station III

本项研究评估了ECOHAM6-wiso气候模型在南极洲Neumayer Station III站点的水稳定同位素（δ1?O、δD）及气象参数（温度、湿度）的模拟性能。通过对比2017-2020年观测数据与模型输出，发现模型在日尺度下存在冷/干偏差，但月尺度下δ1?O与温度相关性较好。模型对d-excess的模拟偏差显著，可能与未考虑雪-气同位素交换过程有关。调整陆海 masks后模型性能有所提升，但需改进边界层传输和同位素交换机制以提高精度。

　　水同位素记录在极地冰芯中扮演着至关重要的角色，用于重建南极洲的过去气候和温度变化。为了实现这一目标，需要对水同位素与温度之间的时序变化有深入的理解和准确的量化。一种有效的方法是利用大气一般循环模型（AGCM）的模拟，这些模型能够整合稳定的水同位素。本文评估了同位素增强的AGCM ECHAM6-wiso模型的模拟结果。我们分析了一项高分辨率模拟，涵盖了2017年至2020年的数据，其中大气动力学被调整以匹配欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5再分析数据。本研究评估了不同观测和模拟关键物理和同位素量之间的一致性，包括温度、湿度以及地表水汽的同位素组成（如δ1?O和δD），在东南极的Neumayer Station III站点。此外，我们还评估了ECHAM6-wiso模型在最近过去模拟南极雪中稳定水同位素比值（如δ1?O和δD）的能力。

尽管ECHAM6-wiso模型在日、月和季节尺度上成功地再现了温度和湿度的变化，但其在模拟d-excess值时存在局限性。然而，该模型在模拟雪的δ1?O与温度之间的关系时，仅在月尺度上与观测数据较为一致，而在日尺度上则表现出偏差。为了测试ECHAM6-wiso模型是否能正确模拟到达Neumayer Station III的水汽来源和传输路径，我们进行了相关的回溯轨迹研究。根据FLEXPART模型的模拟结果，我们发现基于ECHAM6-wiso模型的水汽回溯轨迹结果与基于ERA5数据的结果一致。这一结果表明，ECHAM6-wiso模型在分析南极东侧的水汽来源和传输路径方面是一个非常有用的工具。

本研究的目的是评估ECHAM6-wiso模型在模拟Neumayer Station III的水汽和降水方面的表现，同时探讨其在模拟水汽来源和传输路径方面的准确性。此外，我们还比较了受ERA5数据驱动的模拟与未受驱动的模拟，以评估模型对不同边界条件的依赖性。

在Neumayer Station III的观测数据中，我们发现模型在日尺度上存在明显的冷干偏差。例如，模拟的年平均温度比观测值低约1°C，而模拟的比湿则比观测值低约0.1 g/kg。对于雪的δ1?O值，模型的模拟结果与观测数据相比，存在一定的偏差，特别是在冬季，这种偏差更为显著。然而，在月尺度上，模型能够较好地再现观测到的温度与δ1?O之间的关系。

为了更深入地了解这些偏差的原因，我们分析了模型对水汽和降水的模拟表现。通过回溯轨迹分析，我们发现基于ECHAM6-wiso模型的水汽来源与基于ERA5数据的模拟结果基本一致。这表明，模型在模拟水汽来源和传输路径方面具有较高的准确性。

在分析模型对水汽来源和传输路径的模拟时，我们发现模型在冬季的水汽来源和传输路径上与观测数据存在一定的差异。这些差异可能与水汽来源区域的特定条件有关，例如海冰覆盖范围、风向和风速的变化，以及雪的重新悬浮过程。

尽管模型在模拟水汽来源和传输路径方面表现出色，但在模拟d-excess值时仍存在一定的局限性。我们发现，模型在日尺度上对d-excess值的模拟与观测数据之间的相关性较低，这可能与模型对水汽来源和传输路径的模拟精度有关。

在模拟雪的δ1?O值时，我们发现模型在月尺度上与观测数据之间的相关性较高，但在日尺度上则较低。这可能与模型对雪的形成和沉积过程的模拟精度有关。

总的来说，本研究展示了ECHAM6-wiso模型在模拟南极水汽和降水方面的潜力，同时也指出了模型在某些方面的不足。这些发现对于未来改进同位素增强的气候模型，以更准确地解释冰芯数据中的同位素信号，具有重要的参考价值。