ENSO对北美季风期水汽来源及稳定同位素动态的调控机制研究

本研究针对北美季风(NAM)水汽来源争议，通过对比拉尼娜(2022)与厄尔尼诺(2023)事件，整合降水同位素(δ18 O/δ2 H)、气团轨迹与大气剖面数据，揭示ENSO相位通过改变墨西哥湾与太平洋水汽贡献比例调控NAM降水同位素分异，为干旱区水文气候预测提供新见解。

　　

北美季风(NAM)是维系墨西哥西北部及美国西南部干旱区生态系统的关键气候现象，其水汽来源争议持续数十年。传统观点认为加利福尼亚湾是主要水汽供应源，但近年研究提出大陆再循环水汽占比可达40%，且ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）可能通过改变大气环流路径影响水汽输送。然而，不同ENSO相位下NAM降水同位素响应的定量机制尚不明确，制约着对气候变化下区域水文循环的预测能力。

美国德克萨斯大学阿灵顿分校的Ricardo Sánchez-Murillo团队在《Journal of Arid Environments》发表研究，通过对比2022年拉尼娜与2023年厄尔尼诺事件，在奥夫雷贡城、华雷斯城和阿尔伯克基建立观测网络，结合降水同位素(δ¹⁸
O/δ²
H和d-excess)、HYSPLIT气团轨迹模型、探空数据及随机森林算法，首次系统解析ENSO对NAM水汽来源与同位素分异的调控机制。

关键技术包括：1）每日降水事件采样与同位素分析；2）基于850 hPa高度场的HYSPLIT气团聚类；3）大气剖面温度/湿度垂直结构解析；4）主成分分析(PCA)与随机森林(RF)多变量建模。

【研究结果】

1. 研究区域特征：奥夫雷贡城（西马德雷山脉西坡）受海洋影响显著，华雷斯城（奇瓦瓦沙漠）和阿尔伯克基（美国西南部）代表大陆性气候站点。

2. 降水同位素与气象要素：拉尼娜年大陆站点δ¹⁸
   O显著偏低（p<0.05），d-excess（氘盈余）有效区分沿海与内陆水汽来源；厄尔尼诺年太平洋源水汽贡献增加导致奥夫雷贡城同位素富集。

3. 水汽来源差异：拉尼娜年马德雷山脉东北部主要受墨西哥湾与内陆再循环水汽影响（占比提升15%），厄尔尼诺年则转向加利福尼亚湾与西太平洋源主导（轨迹西移200km）。

4. 同位素控制因子：沿海站点同位素变异52%由辐射/对流活动解释，内陆站点68%变异与气团传输历史相关（RF特征重要性分析）。

【结论与意义】
研究证实ENSO通过重构大气环流改变NAM水汽源区配置：拉尼娜增强大陆性水汽输送，厄尔尼诺强化海洋源主导地位。同位素指纹（特别是d-excess）可作为水汽源区变化的敏感指标。该成果突破传统单源水汽认知，建立ENSO-同位素响应框架，为干旱区古气候重建与现代水文模型提供关键参数。作者建议未来研究应关注热带-中纬度水汽交互过程对NAM极端降水事件的调控机制。