在中國科學(xué)院地球與環(huán)境研究所（IEECAS）的大樓里同步觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水汽和基于事件的降水同位素組成。2016年1月1日至2018年10月7日，在離地約30米的IEECAS七樓觀測(cè)到大氣水汽同位素組成。從每次降水事件開始，手動(dòng)收集降雨和降雪樣本，并使用量瓶測(cè)量體積。我們?cè)谌甑牟蓸踊顒?dòng)中收集了175個(gè)降雨和21個(gè)降雪樣本。

降水樣品由Picarro L2130-i波長掃描腔衰蕩光譜儀測(cè)量，δ¹⁸O和δ²H的精度分別優(yōu)于0.1‰和0.5‰。大氣中水汽的δ¹⁸Ov和δ²Hv也通過IRIS（L2130-i，Picarro Inc）測(cè)量，但采用液-汽雙重模型。在水汽測(cè)量模型中，儀器的入口通過外部電磁閥連接到水汽源，電磁閥的另一端連接到干燥空氣，L2130-i發(fā)出的電信號(hào)控制閥門開關(guān)。在測(cè)量校準(zhǔn)氣體時(shí)，電磁閥切換到干燥空氣，從而從測(cè)量池中去除任何水汽樣品殘留。然后，通過CTC Analytics自動(dòng)采樣器將液體標(biāo)準(zhǔn)物注入汽化室中，并且通過IRIS（L2130-i，Picarro Inc）測(cè)量汽化的的液體標(biāo)準(zhǔn)物。測(cè)量液體標(biāo)準(zhǔn)后，將入口切換為水汽測(cè)量模式，使用隔膜泵通過不銹鋼管（1/8 in.）將大氣水汽泵入儀器腔，并通過L2130-i進(jìn)行檢測(cè)（詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱Xing等人（2022））。

季風(fēng)的定義是一種周期性的風(fēng)，尤其是在印度洋和南亞，這表明它的開始和消退日期具有內(nèi)部周期性。因此，研究降水同位素記錄的天氣條件，第一步是準(zhǔn)確確定EASM的起止時(shí)間。

我們使用IRIS獲得了西安三年一小時(shí)分辨率的水汽同位素?cái)?shù)據(jù)，并準(zhǔn)確定義了EASM的開始和消退日期。

在圖1中，通過快速傅立葉變換將每小時(shí)的水汽同位素?cái)?shù)據(jù)平滑到10天的分辨率，從2016年到2018年，可以清楚地觀察到δ¹⁸O_v的三次突然下降。季風(fēng)的爆發(fā)以δ¹⁸O_v的急劇下降為標(biāo)志（Srivastava et al.，2015；Yu et al.，2016b），因此，這三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)于2016年至2018年EASM的爆發(fā)日期。季風(fēng)的消退日期定義為當(dāng)δ¹⁸O_v的平滑值開始下降并遵循溫度下降趨勢(shì)時(shí)。2016年，EASM在西安的開始和結(jié)束時(shí)間都比較晚，但2017年和2018年的著陸和消退時(shí)間都比較早。總體來看，西安季風(fēng)的開始時(shí)間在6月左右，消退時(shí)間一般在10月初。因此，我們將西安的6月至9月定義為季風(fēng)季節(jié)，將10月至次年5月定義為非季風(fēng)季節(jié)。

根據(jù)西安三年降水同位素觀測(cè)結(jié)果，δ¹⁸O_p與溫度呈正相關(guān)，與降水量呈負(fù)相關(guān)（圖2a、2b），但相關(guān)系數(shù)較低（溫度r=0.26，降水量r=-0.22）。這表明溫度和降水量對(duì)降水同位素的影響較弱。

在分析δ¹⁸O_v和δ¹⁸O_p之間的關(guān)系之前，將每小時(shí)的水汽同位素?cái)?shù)據(jù)平均為每日數(shù)據(jù)。正如預(yù)期的那樣，δ¹⁸O_v和δ¹⁸O_p顯示出顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.84（圖2c）。此外，根據(jù)平衡分餾理論，我們通過觀測(cè)到的水汽同位素（δ¹⁸O_v）計(jì)算了平衡降水同位素（Δ¹⁸O_p-e），并將其與觀測(cè)到的δ¹⁸O_p進(jìn)行了比較。降水同位素值主要由水汽同位素變化決定（R2=0.71）。相比之下，平衡計(jì)算的δ¹⁸O_p-e值比觀測(cè)到的δ¹⁸O_p值更負(fù)，這可能表明云下蒸發(fā)對(duì)該研究區(qū)降水同位素的影響（Xing et al.，2022）。δ¹⁸O_p和RH之間的負(fù)關(guān)系（圖2d）和d-excess和RH之間的正關(guān)系也反映了雨滴下落過程中云下蒸發(fā)對(duì)雨滴的影響。因此，基于δ¹⁸O_v和δ¹⁸O_p之間的顯著相關(guān)性，我們可以通過使用高分辨率的δ¹⁸O_v結(jié)果來進(jìn)一步研究δ¹⁸O_p所包含的環(huán)境信息。

有趣的是，如圖2所示，δ¹⁸O_v和溫度（T）在非季風(fēng)季節(jié)表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，而在季風(fēng)季節(jié)則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。通過回歸分析，我們注意到δ¹⁸O_v和溫度的決定系數(shù)（R²）從三年數(shù)據(jù)的0.29增加到僅非季風(fēng)數(shù)據(jù)的0.46（圖3），這表明δ¹⁸O_f在非季風(fēng)季節(jié)的變化比全年更依賴于溫度。同時(shí)，δ¹⁸O_v-T在季風(fēng)季節(jié)的決定系數(shù)（R²=0.03）極低（圖3b）。

因此，根據(jù)δ¹⁸O_v的季節(jié)劃分，我們將δ¹⁸O_p重新劃分為季風(fēng)組和非季風(fēng)組，并重新進(jìn)行與氣象因素的回歸分析。如圖4a所示，在非季風(fēng)季節(jié)，δ¹⁸O_p與溫度呈顯著正相關(guān)。同時(shí)，與年度數(shù)據(jù)相比，相關(guān)系數(shù)從0.26增加到0.54。相比之下，在季風(fēng)季節(jié)，δ¹⁸O_p與溫度之間的相關(guān)性仍然很弱。這表明西安在非季風(fēng)季節(jié)存在明顯的溫度效應(yīng)。然而，無論是在非季風(fēng)季節(jié)還是在季風(fēng)季節(jié)，δ¹⁸O_p與降水量之間的相關(guān)性仍然很差，表明西安沒有降雨量效應(yīng)（圖4b）。