Том 37, номер 09, статья № 2

Аннотация:

Изотопный состав атмосферных осадков является гидрологическим индикатором конвективных процессов и часто используется для реконструкции палеоклимата. Интересным представляется рассмотреть, как изменяется изотопный состав атмосферных осадков при прохождении мезомасштабных конвективных систем (МКС). В работе представлены результаты исследования изменений значений изотопного состава кислорода (δ¹⁸О) и водорода (δD) в атмосферных осадках, выпавших в г. Томске в период прохождения МКС в 2016–2021 гг. Установлено, что в осадках МКС значения δ¹⁸О варьировались в диапазоне от -14,98 до +0,03‰ со средним значением -9,9 ± 3,2‰; dD изменялось от -99,2 до -16,71‰ со средним значением -65,1 ± 22,3‰. Связь между δ¹⁸О и δD в осадках МКС описывается уравнением δD = 5,45d¹⁸O - 11 (R² = 0,62), коэффициенты регрессии позволяют сделать вывод о преобладающем влиянии испарительного фракционирования на формирование изотопного состава осадков. Выявлено, что относительно высокие значения δ¹⁸О и δD соответствовали неорганизованной конвекции, а с увеличением площади МКС изотопный состав характеризовался более низкими отношениями изотопов. На основе анализа обратных траекторий движения воздушных масс, по данным индексов конвективной неустойчивости, спутникового зондирования, грозопеленгационной сети World Wide Lightning Location Network (WWLLN) выявлены регионы – источники влаги формирующие осадки МКС – это подстилающая поверхность и мелководные водоемы степной зоны юга Западной Сибири и Северного Казахстана. Результаты исследования могут быть полезны при моделировании конвекции в климатических моделях и лучшего понимания вариаций изотопов в различных палеоархивах для регионов с конвективной активностью.

Ключевые слова:

атмосферные осадки, мезомасштабные конвективные системы, стабильные изотопы водорода и кислорода, δD, δ18O

Список литературы:

1. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы Земли. М.: Научный мир, 2009. 632 с.
2. Masunaga H., L’Ecuyer N.S., Kummerow C.D. Variability in the characteristics of precipitation systems in the tropical. Part I: Spatial structure // J. Clim. 2005. V. 18, N 6. P. 823–840. DOI: 10.1175/JCLI-3304.1.
3. Houze R.A. Mesoscale convective systems // Rev. Geophys. 2004. V. 42. Р. RG4003. DOI: 10.1029/2004RG000150.
4. Thompson L.G., Mosley-Thompson E., Davis M.E., Lin P.-N., Henderson K., Mashiotta T.A. Tropical glacier and ice coreevidence of climate change on annual to millennial time scales // Clim. Change. 2003. V. 59. P. 137–155. DOI: 10.1023/A:1024472313775.
5. Risi C., Muller C., Vimeux F., Blossey P., Vedeau G., Dufaux C., Abramian S. What controls the mesoscale variations in water isotopic composition within tropical cyclones and squall lines? Cloud resolving model simulations in radiative-convective equilibrium // J. Adv. Model. Earth. Syst. 2023. V. 15, N 4. P. 1–19. DOI: 10.1029/2022MS003331.
6. Vimeux F., Tremoy G., Risi C., Gallaire R. A strong control of the South American SeeSaw on the intraseasonal variability of the isotopic composition of precipitation in the Bolivian Andes // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. V. 307, N 1–2. P. 47–58. DOI: 10.1016/j.epsl.2011.04.031.
7. Tremoy G., Vimeux F., Soumana S., Souley I., Risi C., Cattani O., Oi M. Clustering mesoscale convective systems with laser-based water vapor d¹⁸O monitoring in Niamey (Niger) // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119, N 9. P. 5079–5103. DOI: 10.1002/2013JD020968.
8. Moerman J.W., Cobb K.M., Adkins J.F., Sodemann H., Clark B., Tuen A.A. Diunal to interannual rainfall d¹⁸O variations in northern Borneo driven by regional hydrology // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 369. P. 108–119. DOI: 10.1016/j.epsl.2013.03.04.
9. Нагорский П.М., Жуков Д.Ф., Картавых М.С., Оглезнева М.В., Пустовалов К.Н., Смирнов С.В. Структура мезомасштабных конвективных систем над Западной Сибирью по данным спутниковых наблюдений // Метеорол. и гидрол. 2022. № 12. С. 45–55.
10. Pustovalov K.N., Nagorskiy P.M. Response in the surface atmospheric electric field to the passage of isolated air mass cumulonimbus clouds // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2018. V. 172. P. 33–39. DOI: 10.1002/2013JD020968.
11. Copernicus Climate Data Store. URL: https://cds.climate.copernicus.eu (last access: 16.03.2024).
12. WWLLN – the World Wide Lightning Location Network. A global network monitoring lightning activity over the entire Earth. URL: https://wwlln.net (last access: 16.03.2024).
13. Гидрометцентр России. Карты фактической погоды – приземный анализ и аэрология. М., 2024. URL: https: //meteoinfo.ru/mapsynop (last access: 16.03.2024).
14. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA's HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. V. 96. Р. 2059–2077. DOI: 10.1029/1999JD900182.
15. Кружевская И.В., Жукова В.А., Кошкова Т.С., Пустовалов К.Н., Чурсин В.В. Мезомасштабные конвективные комплексы Западной Сибири: Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием (Пермь, 16–17 сентября 2020 г.). Пермь: ПГНИУ, 2020. Т. 1. С. 394–397.
16. Вельтищев Н.Ф., Степаненко В.М. Мезометеорологические процессы: учеб. пособие. М.: МГУ, 2006. 101 с.
17. Симонова Г.В., Калашникова Д.А., Маркелова А.Н., Бондаренко А.С., Давыдкина А.Е. Вариации изотопного состава кислорода и водорода в атмосферных осадках в г. Томске (2016–2020 гг.) // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 7. С. 595–601. DOI: 10.15372/AOO20230709.
18. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. V. 16. P. 436–468.
19. Vaz de Oliveira A.C., da Silva Lima A. Spatial variability in the stable isotopes of modern precipitation in the northwest of Iberia // Isot. Environ. Health. Stud. 2010. V. 46, N 1. P. 13–26. DOI: 10.1080/10256010903388154.
20. Cole J.E., Rind D., Webb R.S., Jouzel J., Healy R. Climatic controls on interannual variability of precipitation δ¹⁸O: Simulated influence of temperature, precipitation amount, and vapour source region // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P. 14 223–14 236. DOI: 10.1029/1999JD900182.
21. Aggarwal P.K., Romatschke U., Araguas-Araguas L. Proportions of convective and stratiform precipitation revealed in water isotope ratios // Nat. Geosci. 2016. V. 9, N 8. P. 624–629. DOI: 10.1038/NGEO2739.
22. Булыгина О.Н., Веселов В.М., Разуваев В.Н., Александрова Т.М. Описание массива срочных данных об основных метеорологических параметрах на станциях России. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620549 от 10 апреля 2014 г. URL: http://aisori-m.meteo.ru/ waisori/index.xhtml?  (дата  обращения:  20.03.2024).
23. Булыгина О.Н., Веселов В.М., Александрова Т.М., Коршунова Н.Н. Описание массива данных по атмосферным явлениям на метеорологических станциях России. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620081 от 15 января 2015 г. URL: http://aisori-m.meteo.ru/ waisori/index.xhtml? (дата обращения: 20.03.2024).