中国东南沿海暖季暴雨与台风事件降水同位素特征及水汽来源动态解析

本研究针对全球气候变化背景下中国东南沿海暖季暴雨频发但成因不明的问题，通过采集厦门2024年4-7月小时尺度降水样本，结合δ18O和d-excess同位素分析，揭示了不同天气系统（暖/冷气团、台风）对降水同位素的控制机制，发现δ18O呈"先降后升"趋势且d-excess与风向变化强相关，为极端降水预测和水文建模提供了科学依据。

　　

全球气候变化正加剧极端天气事件的发生频率，中国东南沿海作为经济高度发达区域，近年来暖季暴雨和台风引发的洪涝灾害日益严重。然而，这类极端降水的形成机制仍存在诸多未解之谜——不同天气系统如何影响降水过程？水汽来源如何动态变化？传统气象观测难以捕捉这些微观机制。厦门理工学院环境科学与工程学院赵超团队创新性地运用稳定同位素技术，通过追踪降水中的"天然指纹"δ¹⁸O和d-excess值，揭开了暴雨背后的水循环密码。这项发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》的研究，为沿海城市防洪减灾提供了全新视角。

研究团队在2024年暖季（4-7月）采用自主研发的雨水收集装置，于厦门理工学院精密工程园8号楼屋顶进行小时级降水采样，共获取105个样本。利用LGR DLT-100液态水同位素分析仪测定δ²H和δ¹⁸O值，精度分别达±0.6‰和±0.2‰。结合厦门水文站降水数据、台风"格美"路径信息及ECMWF的ERA5再分析资料（空间分辨率2.5°×2.5°），对三类暴雨事件（暖/冷气团主导、冷暖交替）和台风降水展开多维度解析。

研究结果展现出三大突破性发现：

1. 1.

   降水同位素动态规律

   所有事件中δ¹⁸O均呈现先降后升的U型曲线，但驱动机制各异：暖空气暴雨受降水量效应主导（r=-0.864），冷空气暴雨受温度效应控制（r=0.855），而台风降水则受冷凝-再蒸发过程双重影响。

2. 2.

   水汽来源指纹识别

   通过d-excess值波动成功捕捉到水汽源区的快速转换：当风向由北转南时，d-excess从22‰骤降至10‰，反映水汽来源从北方内陆转向南海；台风"格美"登陆期间d-excess呈倒U型变化，揭示陆地水汽掺入比例动态变化。

3. 3.

   台风降水阶段特征

   台风降水线（δ²H-δ¹⁸O关系）斜率从登陆前的5.39增至登陆后的7.32，结合925 hPa风场分析发现，外围雨带带来的海洋水汽导致δ¹⁸O值回升，而中心气压与δ¹⁸O的正相关（r=0.62）暗示海拔效应的影响。

这项研究首次系统阐明了中国东南沿海不同天气系统下降水同位素的分馏机制，创新性地提出d-excess可作为水汽源区转换的"示踪剂"。其价值不仅在于揭示了台风降水同位素的三阶段演化规律，更建立了小时尺度同位素变化与天气过程的直接关联。这些发现为改进区域水文模型、预测极端降水提供了关键参数，对沿海城市应对气候变化引发的洪涝风险具有重要实践意义。未来研究可扩展至多年观测和更大空间尺度，以进一步验证同位素指纹的普适性规律。