降水是水循环过程中的一个重要环节,其稳定氢氧同位素敏感地响应着环境的变化并记载着水循环演化的信息。甘肃省兰州市处于东部季风区、西北内陆干旱区和青藏高原高寒区的衔接过渡带上,水循环机制较为复杂。因此开展大气降水稳定同位素研究对明确该地区水循环过程十分必要。本研究采用2011年4月²014年10月安宁、榆中、皋兰、永登4个采样点和2013年10月²014年10月的仁寿山、资环院、武胜驿、大横、贡井乡、河咀6个采样点采集的降水样品,系统分析了兰州市降水中氢氧稳定同位素的变化特征,与此同时运用同位素手段对该地区降水的水汽来源、水汽再循环以及云下二次蒸发进行了模拟研究。本研究得出以下结论:（1）在研究区,大气降水稳定同位素存在明显的区域差异和季节变化,δD和δ¹⁸O值的变化明显具有夏高冬低的规律。日尺度下降水稳定同位素与气象要素的关系来看,四个采样点全年的温度效应都比较显著且都通过了0.01的显著性检验,但不同季节表现出较大的差异;降水效应而言,降水中的δ¹⁸O值与降水量之间表现为负的相关关系;兰州市4个采样点全年降水中δ¹⁸O值与相对湿度都表现出一致的负相关性;从与水汽压的相关性来看,安宁和永登采样点普遍为正相关性,而榆中和皋兰则表现出负相关性;露点温度与降水中的δ¹⁸O值以正相关性为主。（2）与全球大气降水线相比较发现,兰州市大气水线方程的斜率和截距均小于全球大气水线方程的斜率和截距,兰州市大气降水线斜率和截距在春、夏、秋、冬4个季节表现出一定的差异性。不同算法下基于同一组降水稳定同位素数据进行线性回归得到的结果存在着不同程度的差异。在6种算法的大气水线中,PWLSR的rmSSE_av在各种方法中各采样点取得最小值,也就是相对来说PWLSR的计算结果更为稳定。（3）降水中的d值变化存在一定程度的波动,干季降水中的d值大于湿季,表现出季节差异。从兰州市降水d值与其相应的降水时气象参数的相关关系可以看出,除榆中的d与水汽压呈正的相关性外,其它采样点的d与温度和水汽压都呈负的相关性,且大部分通过了显著性的检验。基于全球再分析数据,结合拉格朗日模型对不同季节大气后向轨迹的模拟,以及整层水汽的流线方向变化的判断,兰州市夏季降水显然受到季风水汽的影响较大,这与我们利用降水稳定同位素判断得到的水汽来源信息基本是一致的。（4）分别应用二元混合模型和三元混合模型对兰州市水汽再循环进行评估。应用二元混合模型对兰州市水汽再循环评估发现其均低于10%,相对于三元模型,二元模型忽视了植物蒸腾对局地降水的贡献,在一定程度上低估了水汽再循环的贡献。三元混合模型结果表明在兰州郊区植物蒸腾水汽再循环比大于蒸发水汽的再循环比,而在郊区却不一定,甚至有可能相反。此外,从各月来看有些月份植物蒸腾对局地降水的贡献率可以达到30%以上。（5）兰州市δ¹⁸O和d值的日平均值变化趋势表明该区域存在云下二次蒸发效应,降雨量较小时二次蒸发明显,而降雪和较大降雨表现并不显著;随着温度增高,二次蒸发增强;水汽压对小降雨的二次蒸发影响显著,随水汽压的增大而减小,而对降雪和较大降雨的影响较小;相对湿度对小降雨的d和大气水线的斜率、截距的影响较大,而对降雪和较大降雨的d和大气水线斜率、截距影响较小。雨滴的蒸发剩余比与d的变化量总体存在着线性相关性,气温较低、相对湿度较高、降水量较大、雨滴直径较大时,线性关系更好,反之则线性关系偏弱。上述关于兰州市水汽来源的示踪、水汽再循环的定量评估以及云下二次蒸发效应的分析,有利于明确城市尺度下降水稳定同位素的控制因素,从而建立区域水循环模式,深入了解干旱半干旱气候背景下城市水循环过程的内在机理,为水资源的科学调配提供参考依据。