深入认识青藏高原降水的稳定同位素变化过程和机制，对该区古气候记录的重建和现代水文、生态的研究具有重要意义。前人通过分析青藏高原站点观测的降水稳定同位素结果和稳定同位素大气环流模型模拟结果，提出青藏高原降水氧稳定同位素的时空变化表现为三种模态：季风模态、西风模态和过度模态^[1]。但是，由于站点观测结果时间较短、空间分布不均，使得一些降水稳定同位素变化的关键过程认识不清，同时，也导致了长时间序列重建结果的局限性。特别是，由于青藏高原南部受西风和季风的交互影响，降水稳定同位素的变化过程较复杂，使得青藏高原南部冰芯稳定同位素记录的气候解释一直存在争议。随着我们对西风和季风两大环流对青藏高原水汽传输认识的逐步深入，急切需要进一步深入认识高原南部季风模态降水稳定同位素的变化过程和机制，并且阐明该模态冰芯稳定同位素记录的气候意义。

中国科学院青藏高原研究所高晶副研究员及其合作者通过利用青藏高原南部站点和冰芯氧稳定同位素观测结果，结合高精度卫星反演数据和稳定同位素大气环流模型模拟结果，对青藏高原南部地区季风模态现代降水和冰芯稳定同位素的变化过程和机制进行了细致研究，并重建了1910年以来青藏高原降水氧稳定同位素年际变化序列。

季风模态现代降水氧稳定同位素变化过程和机制研究：利用拉萨站点2005-2007年事件降水δ¹⁸O同位素观测结果（图1），结合TES卫星反演水汽δD数据和LMDZ-iso(AGCMs)模型模拟结果，对高原南部拉萨降水和水汽稳定同位素季节内变化过程进行了系统分析。研究结果表明，高原南部拉萨降水稳定同位素季节内变化与水汽传输路径上的印度北部对流活动密切相关，而本地对流活动和降雨量影响甚微（图2）。当印度洋水汽传输到印度北部地区时，该地区强烈对流活动贫化低层水汽（可改变降水δ¹⁸O值40%-60%），同时加湿低层大气；当水汽传输至喜马拉雅山南坡时，由于强大的地形阻碍，水汽抬升凝结成雨，水汽稳定同位素通过瑞利分馏过程进一步贫化（可使降水δ¹⁸O值减小~10‰），越湿的大气其水汽贫化程度越强；水汽进入高原内陆以后，受下沉混合作用，水汽稳定同位素略有富集。经历了上述变化过程的水汽传输至高原南部产生观测到的降雨稳定同位素结果。

季风模态冰芯氧稳定同位素记录变化机制研究：利用青藏高原南部的宁金岗桑冰芯中氧稳定同位素记录和临近气象站观测数据及NCEP再分析数据，结合LMDZ-iso(AGCMs)模型模拟结果，揭示出该冰芯氧稳定同位素在1970年代末的突然减小主要受控于区域大尺度环流（西风和印度季风）改变和区域气温的影响。分析结果表明PDO、ENSO等大尺度模式的改变对十年际尺度宁金岗桑冰芯氧稳定同位素记录的变化有重要影响（图3）。这与季节内尺度青藏高原南部降水氧稳定同位素的变化机制有明显差异。

青藏高原降水氧稳定同位素年际变化序列重建：利用10根青藏高原已发表冰芯氧稳定同位素记录年际数据，结合2.5°×3.75°空间分辨率的LMDZiso模型对1978-2007年青藏高原降水稳定同位素模拟结果，首次使用光谱优化网格方法（the spectral optimal gridding method）对整个青藏高原1910年以来的降水氧稳定同位素年际变化进行了重建。重建结果可以有效的重现青藏高原降水氧稳定同位素的时空变化特征，而且重建的高原平均氧稳定同位素年际变化与古里雅冰芯的氧稳定同位素变化最一致，这暗示了古里雅冰芯氧稳定同位素记录在青藏高原的代表性。重建结果也表明，西风指数（ZI）和季风指数（SASMI）都与重建的平均δ¹⁸O结果在整个时段没有显著相关性，但在1955-73年段，ZI与δ¹⁸O波动非常一致，而1973-84年段，SASMI与δ¹⁸O波动非常一致（图4）。这可能显示出了西风和季风在不同时段的交互作用。

上述研究成果于2015年发表在Journal of Geophysical Research-Atmospheres和Climate Dynamics。

He, Y., C. Risi, J. Gao, et al. (2015), J. Geophys. Res. Atmos., doi:10.1002/2014JD022180.

[1] Yao, T., V. Masson-Delmotte, J. Gao, et al. (2013), A review of climatic controls on δ¹⁸O in precipitation over the Tibetan Plateau: Observations and simulations, Rev. Geophys., 51, 525–548, doi:10.1002/rog.20023.

 图1. 研究点位置和青藏高原水汽传输示意图

图2. 印度北部对流活动影响高原南部降水稳定同位素的过程示意图

图3. 宁静岗桑冰芯δ¹⁸O记录(a)与1870-2006 间12-2月Nino3.4海表气温异常(b)、5-9月Nino3.4海表气温异常(c)、1864-2006间西风指数(d)和1900-2006间12-2月PDO序列对比。细实线显示年际数据，粗实线显示10年滑动平均值。

图4. (a)1910年以来青藏高原年降水δ¹⁸O重建序列与LMDZiso模拟结果和古里雅冰芯δ¹⁸O距平对比; (b) 1910年以来青藏高原年降水δ¹⁸O重建序列与西风指数(ZI)及季风指数(SASMI)对比。