OIPC和RCWIP降水氢氧稳定同位素数据在新疆天山地区的适用性

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2019.0075

摘要/Abstract

摘要：

降水中氢氧稳定同位素的空间分布是同位素水文学和同位素生态学研究的基础资料，近年来高空间分辨率的氢氧稳定同位素分布数据产品获得了越来越多的重视。利用新疆天山地区实测降水同位素数据，评估两套常用的全球降水同位素分布模拟数据（OIPC和RCWIP）的适用性。结果表明：从时间尺度来看，两套产品在夏半年（4 - 10月）的模拟效果明显优于冬半年（11月 - 次年3月）；在各自然区中，准噶尔盆地荒漠自然区的模拟效果相对较好，而吐鲁番盆地-哈密（戈壁）荒漠自然区模拟效果相对较差。通过均方根误差、线性判定系数、平均偏置误差、平均绝对误差等指标的比较，在本研究区内RCWIP数据产品对降水同位素值的模拟效果比OIPC的效果好。结合乌鲁木齐多年降水氢氧稳定同位素数据，发现降水同位素年际变化差异并未明显影响到代表性，在缺乏长期监测的情况下这两套数据仍有重要的使用价值。

关键词: 降水, 氢氧稳定同位素, 天山, δ¹⁸O, 氘盈余

Abstract:

The spatial distribution of stable hydrogen and oxygen isotopes in precipitation is the basic data in isotope hydrology and isotope ecology. An increasing attention has been paid to the products of stable hydrogen and oxygen isotopes at high spatial resolutions in recent years. In this study， based on the precipitation samples collected at 23 stations across the Tianshan Mountains during 2012 - 2013， applicability of two widely-applied global products is evaluated， including OIPC （the Online Isotopes in Precipitation Calculator） and RCWIP （the Regionalized Cluster-based Water Isotope Prediction）. According to the physical geography regionalization of arid land in China， the study area is divided into：（Ⅰ） the Junggar Basin desert area；（Ⅱ） the Ili-Bayanbulak mountain area；（Ⅲ） the Tarim Basin desert area； and （Ⅳ） the Turpan Basin-Hami Gobi desert area. In this paper， the values of root-mean-square error （RMSE）， determination coefficient （R²）， mean bias error （MBE） and mean absolute error （MAE） were used in comparison between the observed and simulated isotopic composition in precipitation. Results show as follows：（1） On a temporal basis， the simulation of OIPC and RCWIP in the summer half year （from April to October） is obviously better than that in the winter half year （from November to March）. Among the natural subregions， the best simulation is seen in the Junggar Basin desert area and the worst is in the Turpan Basin-Hami Gobi desert area. （2） By comparing the evaluation parameters of RMSE， R²， MBE and MAE， RCWIP is generally better than OIPC in this study area. （3） By analyzing the multi-year data of stable hydrogen and oxygen isotopes in precipitation in Urumqi， the inter-annual variability of precipitation isotopes does not greatly affect the long-term representativeness， and the products are still useful especially when in-situ observations are unavailable.

Key words: precipitation, hydrogen and oxygen isotopes, Tianshan Mountains, δ¹⁸O, d-excess

中图分类号:

P426

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图/表 7

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表2

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参考文献 34

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自然区^［23］	站点	纬度N/（°）	经度E/（°）	海拔/m	多年平均降水量/mm	观测年降水量/mm	样本数^［26］	样品月份
准噶尔盆地荒漠自然区（Ⅰ）	精河	44.62	82.90	320.1	112.1	136.1	37	8
	奎屯	44.40	84.87	562.0	183.5	192.7	42	11
	石河子	44.32	86.05	442.9	226.9	231.9	70	12
	蔡家湖	44.20	87.53	440.5	153.8	189.9	53	12
	乌鲁木齐	43.78	87.65	935.0	298.6	351.4	74	12
	达坂城	43.35	88.32	1 103.5	76.7	92.7	10	7
	奇台	44.02	89.57	793.5	200.9	256.1	39	12
	巴里坤	43.60	93.05	1 677.2	230.5	245.6	51	11
	伊吾	43.27	94.70	1 728.6	104.4	107.6	19	8
伊犁-巴音布鲁克中天山自然区（Ⅱ）	伊宁	43.95	81.33	662.5	298.9	316.5	85	12
	巴音布鲁克	43.03	84.15	2 458.0	280.5	293.0	93	11
	巴仑台	42.73	86.30	1 739.0	220.4	240.6	56	7
塔里木盆地极端干旱荒漠自然区（Ⅲ）	乌恰	39.72	75.25	2 175.7	188.7	228.0	60	8
	阿合奇	40.93	78.45	1 984.9	237.7	343.3	52	9
	阿克苏	41.17	80.23	1 103.8	80.4	147.7	33	8
	拜城	41.78	81.90	1 229.2	136.6	119.7	49	9
	库车	41.72	82.97	1 081.9	76.7	86.4	37	8
	轮台	41.78	84.25	976.1	78.6	107.1	24	7
	库尔勒	41.75	86.13	931.5	59.2	68.6	22	6
	库米什	42.23	88.22	922.4	59.9	77.2	28	9
吐鲁番盆地-哈密（戈壁）荒漠自然区（Ⅳ）	吐鲁番	42.93	89.20	34.5	15.4	22.2	20	8
	十三间房	43.22	91.73	721.4	22.6	6.9	6	3
	哈密	42.82	93.52	737.2	43.7	33.0	18	9

区域	站点数	模型	R²		RMSE/‰		MAE/‰		MBE/‰
区域	站点数	模型	δ¹⁸O	d-excess	δ¹⁸O	d-excess	δ¹⁸O	d-excess	δ¹⁸O	d-excess
准噶尔盆地荒漠自然区（Ⅰ）	9	RCWIP	0.83	0.23	4.44	23.51	3.37	22.41	1.63	-22.41
准噶尔盆地荒漠自然区（Ⅰ）	9	OIPC	0.81	0.20	4.50	23.53	3.43	22.35	1.96	-22.35
伊犁-巴音布鲁克中天山自然区（Ⅱ）	3	RCWIP	0.67	0.43	3.93	23.16	3.21	22.32	-0.25	-22.32
伊犁-巴音布鲁克中天山自然区（Ⅱ）	3	OIPC	0.64	0.41	4.03	23.24	3.21	22.42	-0.34	-22.42
塔里木盆地极端干旱荒漠自然区（Ⅲ）	8	RCWIP	0.83	0.16	4.89	17.10	4.06	15.06	0.51	-13.08
塔里木盆地极端干旱荒漠自然区（Ⅲ）	8	OIPC	0.82	0.14	5.48	19.47	5.08	17.63	-2.54	-16.11
吐鲁番-哈密荒漠自然区（Ⅳ）	3	RCWIP	0.83	0.14	5.09	16.47	4.01	13.74	0.12	-2.30
吐鲁番-哈密荒漠自然区（Ⅳ）	3	OIPC	0.84	0.18	5.73	16.55	4.40	13.54	-1.34	-3.76
全域	23	RCWIP	0.81	0.22	4.62	20.31	3.68	18.71	0.79	-16.53
全域	23	OIPC	0.79	0.21	4.94	21.17	4.10	19.57	-0.44	-17.76

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