气候变化的研究通常是借助温度、湿度、温室气体、冰川和海冰等器测资料实现的。然而,由于涉及的时期长且空间范围大,器测记录只能提供有限的视角。同位素是可以从时间和空间上扩大相关气候过程研究的重要工具。降水同位素与气候变量存在着相关关系,是对古沉积物(如冰芯、石笋、树木年轮等)中蕴含的历史气候信息进行定量反演、对当前气候波动的事实的掌握,以及预测未来气候变化的依据关键。本论文通过对不同时间(多年、月及单次降水事件)和空间尺度下(全球、区域及局地单站点),降水稳定氢氧同位素与气候变量之间关系的分析,系统而深入地解译了同位素对气候变量的关系,为气候变化的相关研究提供基础。　　 在全球、多年尺度上,选取了GNIP数据库中代表中高纬度内陆气候区的Ottawa,Vienna和Vemadsky站点,代表中高纬度海岛气候区的Valentia站点,以及代表中低纬度气候的Hong Kong,Bangkok和Belem站点,通过对降水同位素及气候变量时间序列进行一系列的Fourier展开和Moflet小波变换,发现不同气候区、不同周期尺度上(年内、年际及数十年),降水同位素的波动周期分别与温度或降水量的波动周期一致。此外,小波相关系数还从不同时域和频域上,验证了气候变的事实并揭示了同位素对大规模海天事件的响应关系。　　 在区域、月尺度上,选取了具有南半球中纬度气候区典型代表意义的澳大利亚和具有北半球亚洲季风气候区的中国为研究对象,基于澳大利亚站点的GNIP数据及第一手的CHNIP降水同位素观测资料,详细分析了降水同位素基本特征。在澳大利亚地区,降水同位素与温度、降水量在变化上存在1/8λ或1/4λ的滞后,是导致各站点δ/T和δ/P相关系数偏低的原因。各站点降水的物理机制不同,造成降水δ18O变化气候因子存在差异。δ18O很好地指示了ENSO对澳大利亚的影响由东部和北部向西部减弱的趋势。四种不同类型的d-excess年内变化对应了澳大利亚四种主要的降水类型区域。在中国地区,δD和δ18O的变化范围呈现东北地区＞西北干旱区＞青藏高原区＞华北地区＞南部地区的特点。东北及西北地区站点年内δ18O冬低夏高,南部地区相反。区域及局地LMWL指示了不同的水汽分馏条件。应用多元非线性逐步回归的统计方法,对影响降水同位素的气候变量进行了筛选。建立的回归模型为无资料地区的降水同位素的定量拟合提供了方法。　　 在局地站点、单次降水事件尺度上,选取了具有典型代表意义的大陆北京站点和岛屿韩国Seongsan站点,基于自主观测的高时间分辨率降水同位素资料(北京地区),应用NOAA的HYSPLIT后向轨迹模型,模拟了两站点每场事件降水结束前96小时,3000m高空的水汽来源和传输路径。结果表明,不同季节两站点的主导气团类型不同,即水汽的源地、高度、传输路径及运动速度等方面存在差异。同时,相较于岛屿站点,影响大陆站点气团同位素值丰度的气候变量更为复杂。与多年或月为时间尺度的降水同位素信息相比,局地单站点次降水事件中的同位素信号揭示了更多潜在的如环流模式和结构等的天气控制信息。　　 本文的研究成果为将环境同位素工具广泛深入地应用于气候变化的研究提供了支撑,并为大气环流模型的校验和完善、对沉积物中蕴含的气候信息进行定量的解译和恢复,提供了输入数据和背景。同时,也为区域水循环及水环境的研究,如追溯地表水、土壤水以及地下水的补给来源,模拟地表水与地下水的相互作用关系等提供了必要的参考和理论依据。　　 气候变化的研究通常是借助温度、湿度、温室气体、冰川和海冰等器测资料实现的。然而,由于涉及的时期长且空间范围大,器测记录只能提供有限的视角。同位素是可以从时间和空间上扩大相关气候过程研究的重要工具。降水同位素与气候变量存在的相关关系,是对古沉积物(如冰芯、石笋、树木年轮等)中蕴含的历史气候信息进行定量反演、对当前气候波动的事实的掌握,以及预测未来气候变化的依据关键。本论文通过对不同时间(多年、月及单次降水事件)和空间尺度下(全球、区域及局地单站点),降水稳定氢氧同位素与气候变量之间关系的分析,系统而深入地解译了同位素对气候变量的关系,为气候变化的相关研究提供基础。　　 在全球、多年尺度上,选取了GNIP数据库中代表中高纬度内陆气候区的Ottawa,Vienna和Vemadsky站点,代表中高纬度海岛气候区的Valentia站点,以及代表中低纬度气候的HongKong,Bangkok和Belem站点,通过对降水同位素及气候变量时间序列进行一系列的Fourier展开、Morlet小波变换(CWT),和小波相关系数(WTC)计算,得到比传统的计算方法(即简单的线性描述),能更直观地揭示了在不同气候区、不同时域及频域下,温度和降水量对降水δ18O的主导影响。在中高纬度内陆地区,降水δ18O主要受制于温度的变化,δ18O-T在年内(12-)、年际(Vienna:～30-(1975s之后)和～80-月尺度、Ottawa:～37-(1985-2000)和～81-月尺度、Vemadsky.～30-60月(1990s之前)尺度)、以及十年(Vemadsky:～140-月)尺度上均体现出显著的相关关系。在中低纬度海岛站点,δ18O存在显著的降水量效应。在年际尺度上,Belem(～20-)和Bangkok(～25-,1990s之后;～40-60),以及Vemadsky在十年尺度(～140-160月)δ18O与降水量也存在显著负相关关系。不同尺度上的温度效应和降水量效应关系也验证了不同地区在观测期内气候变暖或降水量增加的事实。δ18O对ENSO事件在年内和年际尺度上的指示分别应用Ni(n)o3 SST和SOI指数检测。δ18O对Ni(n)o3SST和SOI的指示分别体现在年内(12-月尺度)和多年尺度(～25-50,～30-80和～129-)。富集或贫化的同位素组分分别对应E1 Ni(n)o或La Ni(n)a期。此外,由于NAO在冬季的影响更为显著和强烈,δ18O对NAO的指示也主要体现在冬季。　　 在区域、月尺度上,选取了具有南半球中纬度气候区典型代表意义的澳大利亚和具有北半球亚洲季风气候区的中国为研究对象,基于澳大利亚站点的GNIP数据及第一手的CHNIP降水同位素观测资料,详细分析了降水同位素基本特征。在澳大利亚地区,δD和δ18O在空间上呈从西向东、从北和南向中部递减趋势,与澳大利亚南部主要的风暴路径一致。δ18O与温度、降水量在变化上存在1/8λ或1/4λ的滞后,是导致澳大利亚各站点δ/T和δ/P相关系数偏低的原因。基于多元非线性逐步回归方法揭示了不同站点由于降水的物理机制不同。造成降水δ18O变化气候因子存在差异。建立的回归模型可以解释50％或以上的δ18O变化。此外,δ18O很好地指示了ENSO对澳大利亚的影响由东部和北部向西部减弱的趋势,并对1982-1983和1997-1998两次较强的ENSO事件也有所反映。四种不同类型的d-excess年内变化对应了澳大利亚四种主要的降水类型区域。　　 在中国地区,δD和δ18O的变化范围:东北地区＞西北干旱区＞青藏高原区＞华北地区＞南部地区。而δ18O的降水量加权平均值表现为:东北地区＜青藏高原区＜西北干旱区＜华北地区＜南部地区。降水δD及δ18O表现出一定的随纬度变化特性,并且青藏高原地形影响也有所体现。东北及西北地区站点年内δ18O呈与地面温度较为一致的周期性波动,冬低夏高,年内呈"倒V"字型变化。而南部地区刚好相反,冬高夏低,年内呈"V"字型。处于过渡地区华北,δ18O年内的波动没有显著规律。青藏高原站点,在雨季来临的期间δ18O显著下降的趋势,反映了亚洲季风的建立与发展对该地区降水的影响。区域及局地LMWL指示了不同的水汽分馏条件。应用多元非线性逐步回归的方法,对降水δ18O变化的控制因素进行筛选的结果表明:在东北和西北干旱区,控制δ18O变化的主要是温度,回归模型在部分站点对δ18O的解释程度可达80%以上。华北δ18O的影响因子存在较大的局地差异,模型可以拟合50%左右的δ18O变化。南部地区除西双版纳、鼎湖山和鹰潭站点外,模型可拟合出50%～80%的δ18O变化。应用GNIP数据得到的结果验证了CHNIP的相关结果。各回归关系探清了我国不同区域、不同气候条件下,降水同位素变化的主要控制因素,同时也为在无降水同位素采样或观测的地区,通过气象观测数据对降水同位素进行插值和拟合,以实现地表水、地下水的补给来源和补给方式,地表水和地下水的相互转化等研究提供了背景值和理论依据。　　 在局地站点、单次降水事件尺度上,选取了具有典型代表意义的大陆北京站点和岛屿韩国Seongsan站点,基于自主观测的高时间分辨率降水同位素资料(北京地区),应用NOAA的HYSPLIT后向轨迹模型,模拟了两站点每场事件降水结束前96小时,3000m高空的水汽来源和传输路径。结果表明,结果表明,由于水汽的源地、高度、传输路径及运动速度等方面的差异,两站点的降水气团都大致可以归为6种类型一北京为NW,W,NW-N,S,MV,和CV:Seongsan为NW,W,NW-N,CV,SW,和SE。并且在不同的季节分别有不同主导气团类型—在夏季主要降雨季节,北京站点6类气团均有出现,并且以CV类型最为常见:Seongsan的6类气团则在出现时间上较有规律:NW-秋末、冬季及早春,W-主要在春季,CV-主要在夏季,并且不出现在春季,SW和SE-基本出现在夏季,N-在各个季节均有出现。同时,相较于岛屿站点,影响大陆站点气团同位素值丰度的气候变量更为复杂。水汽来源及运动路径上的差异是造成降水同位素丰度变化的主要原因。与多年或月为时间尺度的降水同位素信息相比,局地单站点次降水事件中的同位素信号揭示了更多潜在的如环流模式和结构等的天气控制信息。　　 本文的研究成果为将环境同位素工具广泛深入地应用于气候变化的研究提供了支撑,并为大气环流模型的校验和完善、对沉积物中蕴含的气候信息进行定量的解译和恢复,提供了输入数据和背景。同时,也为区域水循环及水环境的研究,如追溯地表水、土壤水以及地下水的补给来源,模拟地表水与地下水的相瓦作用关系等提供了必要的参考和理论依据。