基于蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)的大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素模擬

雷世軍， 王圣杰， 朱小凡， 張明軍

（1.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省綠洲資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州 730000）

水體中的氫氧穩(wěn)定同位素（2H 和18O）是研究水文循環(huán)和古氣候信息重建的天然示蹤劑［1-3］。大氣水汽是形成降水的必要物質(zhì)條件，水汽中氫氧穩(wěn)定同位素也相應(yīng)地蘊(yùn)含著蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)等環(huán)境信息［4-7］。相比于降水，大氣水汽同位素能為水汽過(guò)程診斷提供直接的證據(jù)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在時(shí)間、空間等多方面［5］。水汽同位素可以實(shí)現(xiàn)全天候的連續(xù)監(jiān)測(cè)［8-10］，不像降水同位素那樣僅能夠代表降水時(shí)段的特征，從而得到時(shí)間序列連續(xù)的大氣水分信息，這在降水匱乏的干旱半干旱區(qū)顯得十分重要。結(jié)合浮空艇、無(wú)人機(jī)和衛(wèi)星遙感等手段，水汽同位素還可以實(shí)現(xiàn)三維空間覆蓋，相比之下地面降水同位素對(duì)垂直方向上的水汽過(guò)程刻畫(huà)則具有其局限性［11-12］。此外，雨滴在不飽和空氣中的下落過(guò)程可能會(huì)發(fā)生云下二次蒸發(fā)，影響降水同位素的時(shí)空特征［13-16］，而對(duì)水汽同位素的監(jiān)測(cè)能夠在一定程度上弱化云下蒸發(fā)導(dǎo)致的降水同位素信息失真問(wèn)題。

早期大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素研究主要以低溫冷凝空氣獲得液態(tài)水樣進(jìn)行分析，即低溫冷阱法，該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)操作具有較高的要求，往往難以精細(xì)表征大氣水汽同位素在時(shí)間和空間上的變化，特別是在水汽含量低的情況下水汽液化比較耗時(shí)費(fèi)力［17-19］。隨著激光光譜技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)大氣水汽的氫氧穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)成為可能［20-22］。激光光譜技術(shù)克服了低溫冷阱法在連續(xù)測(cè)量上的局限性，但由于成本相對(duì)較高，無(wú)法廣泛地開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作。當(dāng)不能直接監(jiān)測(cè)大氣水汽同位素時(shí)，可利用Craig-Gordon線性阻力模型［23］和水體同位素質(zhì)量平衡方法來(lái)模擬［24-27］，并結(jié)合實(shí)測(cè)水汽同位素?cái)?shù)據(jù)加以驗(yàn)證。

為了研究基于Craig-Gordon 線性阻力模型和同位素質(zhì)量平衡的方法在計(jì)算干旱半干旱區(qū)大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素時(shí)的可靠性，本文基于蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)?zāi)M了甘肅蘭州大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素，并結(jié)合在線水汽同位素分析儀的同步監(jiān)測(cè)記錄，評(píng)估了蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的可靠性，旨在為獲取連續(xù)大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)提供了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法。

1 材料與方法

1.1 蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)地位于甘肅省蘭州市安寧區(qū)西北師范大學(xué)新校區(qū)（103°44′E，36°6′N），地處季風(fēng)邊緣區(qū)，屬于半干旱氣候，氣溫年較差大，降水多集中在夏季。蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)于2019 年9 月25 日—11 月1 日進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)期間的平均氣溫為14.4 ℃，平均相對(duì)濕度為46%。選用長(zhǎng)420 mm、寬220 mm、高200 mm 的長(zhǎng)方體透明玻璃水箱作為蒸發(fā)皿，放置于開(kāi)闊、通風(fēng)良好的場(chǎng)地。當(dāng)有降雨發(fā)生時(shí)，在蒸發(fā)皿上方0.5 m高度處用透光塑料薄膜遮蓋，防止降雨進(jìn)入蒸發(fā)皿，降雨結(jié)束后及時(shí)移除。實(shí)驗(yàn)初始將當(dāng)?shù)刈詠?lái)水注入蒸發(fā)皿中，每日同一時(shí)間用鋼尺測(cè)量水位并記錄，然后充分?jǐn)嚢杷w后用注射器抽取1 mL的水體樣本儲(chǔ)存在玻璃瓶中密封冷藏保存。為了減少取樣造成水量損失對(duì)結(jié)果的影響，在上述蒸發(fā)皿旁0.5 m 處設(shè)置一個(gè)同樣大小和材質(zhì)的蒸發(fā)皿作為補(bǔ)給箱，在初始條件下裝入同量的自來(lái)水同時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)，每日抽取1 mL的水體補(bǔ)充到用于收集剩余水體的蒸發(fā)皿中。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣溫度和相對(duì)濕度并記錄。抽取的逐日蒸發(fā)剩余水體采用加拿大ABB-Los Gatos Research 公司研發(fā)的T-LWIA-45-EP型液態(tài)水同位素分析儀進(jìn)行氫氧穩(wěn)定同位素測(cè)定，δ18O 的測(cè)量誤差小于±0.3‰，δ2H 的測(cè)量誤差小于±1.0‰。

氫氧穩(wěn)定同位素比率用相對(duì)于維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水（V-SMOW）的千分差表示，公式如下：

式中：Rsample表示蒸發(fā)水體樣本的同位素比率；RV-SMOW表示維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水的同位素比率。

1.2 大氣水汽同位素測(cè)量

大氣水汽氫氧穩(wěn)定同位素的監(jiān)測(cè)采用加拿大ABB-Los Gatos Research 公司研發(fā)的超便攜式水汽同位素分析儀（Ultraportable Water Vapor Isotope Analyzer，型號(hào)UWVIA-915），與蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)同期進(jìn)行。該分析儀基于離軸集成腔輸出光譜技術(shù)，可以通過(guò)測(cè)定不同氫氧穩(wěn)定同位素對(duì)于特定波長(zhǎng)紅外波的吸收強(qiáng)度來(lái)計(jì)算其濃度，采樣頻率可達(dá)秒級(jí)。本研究中δ18O 的測(cè)量精度為±0.05‰，δ2H 的測(cè)量精度為±0.2‰。儀器通過(guò)水汽校準(zhǔn)源系統(tǒng)（Water Vapor Isotope Standard Source，簡(jiǎn)稱WVISS）產(chǎn)生標(biāo)樣水汽，測(cè)量過(guò)程中將標(biāo)樣水汽每濃度梯度開(kāi)始時(shí)和結(jié)束時(shí)的測(cè)量值刪除，取每梯度中間較為穩(wěn)定的同位素值作為該梯度的標(biāo)樣水汽同位素值以減輕記憶效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在測(cè)量大氣水汽同位素時(shí)，將前10 min 的測(cè)量值刪除，至大氣水汽濃度穩(wěn)定以后再進(jìn)行測(cè)量［28］。濃度效應(yīng)的校準(zhǔn)參考了Rambo 等［29］的方法，標(biāo)樣水中同位素和氣化后的標(biāo)樣水汽中的同位素一致［20,30］，可通過(guò)T-LWIA-45-EP型液態(tài)水同位素分析儀測(cè)定后作為標(biāo)樣水汽的真值，將該測(cè)量真值與水汽同位素分析儀得到的標(biāo)樣水汽同位素求差，用水汽濃度和差值進(jìn)行二項(xiàng)式曲線擬合，獲得對(duì)應(yīng)水汽濃度下的測(cè)量誤差值，從而對(duì)水汽同位素進(jìn)行濃度效應(yīng)校準(zhǔn)。

1.3 基于蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)的模擬計(jì)算

Craig-Gordon 線性阻力模型［23］被廣泛應(yīng)用在蒸發(fā)水汽同位素的估算中，方法如下：

式中：δE表示蒸發(fā)水汽的同位素比率；δL表示蒸發(fā)剩余水體的同位素比率；δA表示大氣水汽同位素比率；h是空氣的相對(duì)濕度；α*是平衡分餾系數(shù)，可以通過(guò)Horita等［31］的公式得到；ε*是平衡分餾因子，可由ε*=α*-1得到；εK是動(dòng)力分餾因子，氧和氫的同位素動(dòng)力分餾因子分別為εK=14.2(1-h)和εK=12.5(1-h)；ε是總分餾因子，ε=ε*+εK［32］。Gibson等［25］認(rèn)為蒸發(fā)水體的同位素取決于大氣水汽的同位素，對(duì)于一個(gè)混合良好的水體在自然蒸發(fā)條件下而言，在dt的時(shí)間間隔下，水量的變化為dV，則質(zhì)量平衡方程為：

同位素質(zhì)量平衡方程為：

式中：V是水體的水量；I是水的流入量；δI是流入水體的同位素組成；Q是流出量；δQ是流出水體的同位素比率；E是蒸發(fā)量；δE是蒸發(fā)水體的同位素比率。將式（2）中δE代入式（4）可得：

此式為同位素質(zhì)量平衡方程的通用公式。在本實(shí)驗(yàn)中，蒸發(fā)皿作為蒸發(fā)水體的容器，體積固定，不存在流入和流出的情況，蒸發(fā)皿中水量只受到自然條件下的蒸發(fā)影響而減小。將V0當(dāng)作蒸發(fā)初始時(shí)的水量，定義f=V/V0為蒸發(fā)程度的指標(biāo)，式（4）可改寫(xiě)為：

將式（2）和式（6）合并整理可得：

隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，水體中同位素δL逐漸接近1個(gè)固定值，稱之為同位素的“穩(wěn)態(tài)”，即式（7）中δ*，其中是一個(gè)幾乎完全取決于相對(duì)濕度的參數(shù)［33］。

將式（7）和式（8）整理后可得：

該式即為通過(guò)蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)計(jì)算大氣水汽同位素的計(jì)算式。

對(duì)于大氣水汽同位素的模擬精度采用均方根誤差（Root Mean Square Error，RMSE）、平均絕對(duì)誤差（Mean Absolute Error，MAE）和平均偏差（Mean Bias Error，MBE）進(jìn)行評(píng)估。

式中：δA表示實(shí)測(cè)的大氣水汽同位素比率；δA-PD表示模擬的大氣水汽同位素比率。

2 結(jié)果與分析

2.1 氫氧穩(wěn)定同位素的時(shí)間變化

蒸發(fā)水體的穩(wěn)定同位素初始值分別為δ18O=-9.50‰和δ2H=-65.60‰，隨著蒸發(fā)皿中水體的蒸發(fā)損失，剩余水體中穩(wěn)定同位素逐漸富集，δ18O 從-9.50‰增大至21.08‰（圖1a），δ2H從-65.60‰增大至50.25‰（圖1b）。這符合蒸發(fā)剩余水體中同位素的基本變化規(guī)律［34-35］。Devi等［27］在印度的蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)中，剩余水體中δ18O從-6.30‰增大至13.63‰，δ2H從-43.48‰增大至46.50‰，與本研究中水體同位素的變化范圍比較接近，但實(shí)驗(yàn)期間平均溫度（26.5 ℃）和相對(duì)濕度（49%）比本研究更高。

圖1 2019年9—11月蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)期間實(shí)測(cè)蒸發(fā)剩余水體（δL）、模擬蒸發(fā)水汽（δE）、模擬大氣水汽（δA-PD）和實(shí)測(cè)大氣水汽（δA）中δ18O（a）和δ2H（b）的日變化Fig.1 Daily variations of δ18O(a)and δ2H(b)in measured remaining pan water(δL),simulated evaporation water vapor(δE),simulated atmospheric water vapor(δA-PD),measured atmospheric water vapor(δA)during evaporation pan experiment from September to November 2019

在實(shí)驗(yàn)前期，蒸發(fā)剩余水體同位素變化相對(duì)較為平緩，而在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谡舭l(fā)皿中水量減少，水體更易受到氣象條件變化的影響，同位素的蒸發(fā)富集速率略微增加。伴隨著蒸發(fā)過(guò)程，模擬的蒸發(fā)水汽同位素也逐漸富集，表現(xiàn)出和蒸發(fā)剩余水體類似的規(guī)律，δ18O 從-39.35‰逐漸富 集 到13.73‰，δ2H 從-166.8‰逐漸富集到18.43‰，但在整體上低于剩余水體中的穩(wěn)定同位素（圖1）。實(shí)測(cè)大氣水汽中的δ18O在實(shí)驗(yàn)期間的變化范圍在-23.4‰～-13.86‰之間，平均值為-18.36‰；δ2H 的變化范圍在-154.79‰～-90.11‰之間，平均值為-122.69‰?；谡舭l(fā)皿實(shí)驗(yàn)?zāi)M的大氣水汽中δ18O 的變化范圍在-31.02‰～-7.03‰之 間，平 均 值 為-18.56‰，δ2H 則 在-217.74‰～-113.22‰之間，平均值為-153.09‰。從時(shí)間序列來(lái)看，模擬大氣水汽δ18O 在實(shí)驗(yàn)前期波動(dòng)較小并與直接測(cè)量得到的大氣水汽δ18O表現(xiàn)出較好的一致性，在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谀M大氣水汽δ18O 的波動(dòng)相對(duì)較大?？傮w來(lái)說(shuō)，在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，模擬的大氣水汽同位素和實(shí)測(cè)的大氣水汽同位素變化趨勢(shì)基本一致。

2.2 實(shí)測(cè)值與模擬值的對(duì)比

根據(jù)蒸發(fā)剩余水體中的氫氧穩(wěn)定同位素比率，可以得到δ18O 和δ2H 的線性關(guān)系，即蒸發(fā)線（δ2H=3.76δ18O-28.54，圖2）。在自然條件下的蒸發(fā)過(guò)程中，水體中同位素的變化不僅受到大氣溫度和相對(duì)濕度的影響，也受到大氣水汽中同位素的影響［35］，蒸發(fā)線的斜率反映了蒸發(fā)過(guò)程中非平衡分餾程度的強(qiáng)弱，斜率越小表明非平衡分餾越強(qiáng)。本次實(shí)驗(yàn)的蒸發(fā)線斜率（3.76）符合Gat［36］提出的蒸發(fā)線斜率通常在3.5～6 之間的觀點(diǎn)，表明水體受到了強(qiáng)烈的非平衡分餾作用使得蒸發(fā)線的斜率遠(yuǎn)低于全球降水線的斜率。

圖2 2019年9—11月蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)期間模擬大氣水汽（δA-PD）、實(shí)測(cè)大氣水汽（δA）和蒸發(fā)剩余水體（δL）中δ18O和δ2H的關(guān)系Fig.2 Correlations between δ18O and δ2H in simulated atmospheric water vapor(δA-PD),measured atmospheric water vapor(δA)and remaining pan water(δL)during evaporation pan experiment from September to November 2019

相較于實(shí)測(cè)的大氣水汽同位素，模擬所得的大氣水汽中δ2H 在整體上要低于實(shí)際測(cè)量的δ2H（圖1b），因此模擬值分布在實(shí)測(cè)值的下方（圖2）。整體上看，不論實(shí)測(cè)還是模擬的大氣水汽同位素都分布在全球大氣水線附近，與Gat［37］的觀點(diǎn)基本一致。但是本研究的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)相對(duì)濕度較低（46%），同時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)烈，蒸發(fā)皿的日均實(shí)際蒸發(fā)量為3.3 mm，強(qiáng)烈的動(dòng)力作用使得模擬和實(shí)測(cè)的大氣水汽線的斜率均低于全球大氣水線的斜率，同時(shí)蒸發(fā)皿水體的體積相較于一般的自然湖泊等地表水體偏小，蒸發(fā)模擬的過(guò)程更易受到環(huán)境因子的影響，使模擬得到的大氣水汽線的斜率更低。

2.3 模型敏感性分析

將相對(duì)濕度、氣溫、蒸發(fā)剩余比和蒸發(fā)剩余水體同位素組成等參數(shù)進(jìn)行敏感性分析（圖3）。利用改變參數(shù)后模擬得出的大氣水汽同位素與未改變參數(shù)模擬得出的大氣水汽同位素的偏差來(lái)體現(xiàn)該參數(shù)的敏感性，偏差越大，表明該參數(shù)對(duì)模型的敏感性越強(qiáng)。本研究中，相對(duì)濕度的變化對(duì)于模擬結(jié)果的影響比較顯著，當(dāng)相對(duì)濕度降低時(shí)2σ（σ，標(biāo)準(zhǔn)差）時(shí)，偏差為7.65‰，而當(dāng)相對(duì)濕度增加2σ時(shí)，偏差為3.87‰。相對(duì)濕度降低產(chǎn)生的影響大于相對(duì)濕度增加時(shí)產(chǎn)生的影響（圖3a）。非平衡條件下的動(dòng)力分餾與相對(duì)濕度具有很高的相關(guān)性［32,38］，當(dāng)相對(duì)濕度降低時(shí)，動(dòng)力作用加強(qiáng)使得蒸發(fā)朝著更加不平衡的方向發(fā)展，模擬的結(jié)果也出現(xiàn)較大的偏差。

在同等標(biāo)準(zhǔn)差變化下，溫度對(duì)于該模型的影響相較于相對(duì)濕度要小，當(dāng)溫度變化2倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，模擬結(jié)果δ18O偏差在3‰以內(nèi)，對(duì)于模擬準(zhǔn)確性的影響相對(duì)較?。▓D3b）。在圖3c 中，蒸發(fā)剩余比f(wàn)減小和增大時(shí)，δ18O 偏差的變化幅度不同，由于f增加后不能超過(guò)1，所以選擇了0.3倍標(biāo)準(zhǔn)差作為上限，在f增加0.3倍標(biāo)準(zhǔn)差以后，偏差增加的幅度也要大于f減小0.3倍標(biāo)準(zhǔn)差產(chǎn)生的偏差。剩余水體中同位素富集和貧化程度對(duì)模型的影響相對(duì)比較對(duì)稱（圖3d）。

圖3 2019年9—11月蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)期間模擬大氣水汽δ18O在不同相對(duì)濕度（a）、溫度（b）、蒸發(fā)剩余比（c）和蒸發(fā)剩余水體δ18O（d）條件下的敏感性分析Fig.3 Sensitivity analysis of simulated δ18O in atmospheric water vapor under various conditions of relative humidity(a),temperature(b),remaining ratio(c)and δ18O in remaining pan water(d)during evaporation pan experiment from September to November 2019

2.4 模擬可靠度評(píng)估

在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于δ18O 而言，RMSE 為4.5‰，MAE為3.2‰，MBE為0.03‰；對(duì)于δ2H而言，RMSE為38.1‰，MAE 為28.3‰，MBE 為28.3‰。Gibson 等［25］在加拿大北方的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)相符，在溫度和相對(duì)濕度已知的情況下，利用蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)可以得到較為準(zhǔn)確的大氣水汽同位素組成，這在降水稀少的地區(qū)具有重要的價(jià)值。類似的結(jié)論可見(jiàn)于Devi等［27］和Vallet-Coulomb等［26］的實(shí)驗(yàn)。

將實(shí)測(cè)水汽δ18O與模擬水汽δ18O的差值定義為模擬殘差，δ18O的模擬殘差值在-8‰～16‰之間，δ2H的模擬殘差值在0‰～120‰之間。對(duì)模擬殘差與各實(shí)驗(yàn)要素進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，溫度與δ18O 的模擬殘差之間的相關(guān)性不明顯（R2=0.08）且未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（P＞0.05），溫度不是引起模擬殘差的主要原因（圖4a）。而相對(duì)濕度與δ18O的模擬殘差之間的相關(guān)性較強(qiáng)（R2=0.43）且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01），兩者之間具有負(fù)相關(guān)性（圖4b）。相對(duì)濕度在40%以上時(shí)，δ18O的模擬殘差數(shù)據(jù)點(diǎn)分布較為集中，而在相對(duì)濕度小于40%時(shí)模擬殘差的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布則更加離散，δ18O 模擬殘差的極大值也出現(xiàn)在相對(duì)濕度小于40%的這一區(qū)間內(nèi)，且對(duì)應(yīng)了相對(duì)濕度的最小值。在低相對(duì)濕度的情況下，水體在蒸發(fā)過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷更強(qiáng)烈的非平衡分餾過(guò)程，使得模擬結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。水汽壓與δ18O 模擬殘差呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性低于相對(duì)濕度和δ18O 模擬殘差的相關(guān)性，數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布也較為分散（圖4e）。f與δ18O 模擬殘差呈負(fù)相關(guān)（R2=0.39），在f＜0.3以后，δ18O的模擬殘差值分布較為離散且出現(xiàn)了極大值和極小值，而在0.3＜f＜0.8 的部分，δ18O 模擬殘差的分布比較集中，多在0‰附近（圖4c）。f較小時(shí)表明蒸發(fā)剩余水體較少，易受到水體和大氣之間同位素交換作用的影響，進(jìn)而影響蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。蒸發(fā)剩余水體δ18O 與δ18O 模擬殘差具有一定的相關(guān)性（R2=0.37），在實(shí)驗(yàn)前期，蒸發(fā)剩余水體中同位素的升高，模擬殘差從負(fù)值逐漸過(guò)渡到正值，但總體仍比較接近0。隨著蒸發(fā)剩余水體δ18O大于8‰以后，模擬殘差的分布變得更加離散（圖4d）。在蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)的后期，蒸發(fā)皿中水量減少后更易受到周?chē)h(huán)境變化的影響，使得蒸發(fā)過(guò)程變得不穩(wěn)定。同時(shí)，在蒸發(fā)后期，蒸發(fā)皿中的水體中重同位素已經(jīng)變得相對(duì)富集，實(shí)驗(yàn)后期δ18O的模擬殘差較大且較為分散。氣壓與δ18O 的模擬殘差之間則沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（R2=0.001）（圖4f）。

δ2H 的模擬殘差與各要素間的相關(guān)關(guān)系如圖5所示，整體上與圖4 中δ18O 的結(jié)果類似，但δ2H 的模擬殘差在數(shù)值上要大于δ18O的模擬殘差。此外，δ2H的模擬殘差與濕度（R2=0.51），水汽壓（R2=0.53）、蒸發(fā)剩余比（R2=0.52）和蒸發(fā)剩余水體δ2H（R2=0.61）的相關(guān)性要強(qiáng)于δ18O的模擬殘差與上述要素間的相關(guān)性。在濕度低于40%和f＜0.3以及蒸發(fā)剩余水體中同位素富集以后，δ2H 的模擬殘差均出現(xiàn)了較大的離散，但在相對(duì)濕度高于40%和0.3＜f＜0.8 以及蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)前期，δ2H 的模擬殘差與上述三要素則體現(xiàn)出較好的相關(guān)性?？傮w來(lái)說(shuō)，相對(duì)濕度、蒸發(fā)剩余比和蒸發(fā)剩余水體中的氫氧同位素三者都與δ18O和δ2H的模擬殘差存在明顯的聯(lián)系。

3 結(jié)論

本研究基于同位素質(zhì)量平衡和Craig-Gordon 線性阻力模型設(shè)計(jì)了蒸發(fā)皿蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，模擬了與蒸發(fā)過(guò)程同期的大氣水汽同位素組成，結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)的大氣水汽同位素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)該模型模擬的可靠性做了評(píng)估，得出了以下結(jié)論：

（1）在實(shí)驗(yàn)期間內(nèi)，基于蒸發(fā)皿實(shí)驗(yàn)?zāi)M的大氣水汽中δ18O 與實(shí)際測(cè)量的大氣水汽中δ18O 相比，RMSE 為4.49‰，MAE 為3.23‰，MBE 為0.03‰，模擬得到的大氣水汽同位素變化可以反映出大氣水汽同位素的變化。

（2）通過(guò)對(duì)模型的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，在同等標(biāo)準(zhǔn)差變化下，溫度對(duì)于該模型的影響相較于相對(duì)濕度要小。蒸發(fā)剩余比減小和增大時(shí)，δ18O 偏差的變化幅度不同，蒸發(fā)剩余比增大時(shí)結(jié)果更加敏感。

（3）相對(duì)濕度、蒸發(fā)剩余比和剩余水體的同位素值都與水汽δ18O 和δ2H 的模擬殘差存在聯(lián)系。當(dāng)相對(duì)濕度低于40%時(shí)，模擬殘差的分布更加離散。在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谡舭l(fā)剩余比減小以后，模擬殘差相較于實(shí)驗(yàn)前期而言更大，較少的水量和蒸發(fā)剩余水體中相對(duì)富集的氫氧穩(wěn)定同位素對(duì)應(yīng)著較大的水汽同位素模擬殘差。