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當水凝物從云內飽和環境落向地面時，特別是在干旱和半干旱地區，云下過程可能會通過平衡和非平衡分餾而改變降水的同位素組成。如果這些云下過程沒有被正確識別，它們可能會導致對降水同位素信號的誤解。為了正確認識降水同位素記錄的環境信息，定性分析云下過程和定量計算云下蒸發效應是兩個重要步驟。在此，我們根據西安市兩年來的降水和水汽同位素同步觀測，整理出一套有效的方法來系統評估云下蒸發對當地降水同位素組成的影響。
ΔdΔδ圖是有效診斷云下過程（例如平衡或蒸發）的工具，因為降水平衡蒸氣和觀測到的蒸氣之間的同位素差異（δ2H；d-excess）顯示出不同的路徑。通過使用ΔdΔδ圖，我們的數據表明蒸發是西安主要的云下過程，而降雪樣本保留了初始云信號，因為它們受氣固相同位素交換的影響較小。然后，我們選擇了兩種方法來定量表征云下蒸發對局地降水同位素組成的影響。一種是基于雨滴下落過程中的質量變化（以下簡稱方法1），另一種是取決于從云底到地面的降水同位素組成的變化（以下簡稱方法2）。通過比較，我們發現除了降雪事件外，兩種方法在評估蒸發對δ2Hp的影響方面沒有顯著差異。與 δ2H 變化成比例的蒸發斜率 (Fi /Δδ2H) 在方法 1 中 (1.0 ‰ %−1) 比在方法 2 中 (0.9 ‰ %−1) 稍大。此外，兩種方法均表明秋季蒸發作用較弱，春季蒸發作用較重。通過靈敏度測試，我們發現兩種方法中，相對濕度是最敏感的參數，而溫度對兩種方法的影響不同。因此，我們得出結論，兩種方法都適合研究云下蒸發效應，而方法2中仍然可以包括其他云下過程，例如過飽和度。通過應用方法2，將改善云下過程的診斷及其對降水同位素組成的影響的理解。
系統評估云基以下蒸發對當地降水穩定同位素組成的影響，為此編制了一套有效的方法。
2010-2015年西安、蘭州和西寧氣溫和降水的月平均變化地點:采樣地點位于西安市市區東南9公里的雁塔區。水蒸氣樣本是在一棟12層建筑的7樓采集的，采樣高度30 m，降水樣本在頂層收集，采樣高度50 m。
測量大氣水汽和降水的氫氧同位素組成；ΔdΔδ圖用于定性診斷云基以下過程；Stewart模型(方法1)和氣柱模型(方法2)用于定量評估云基以下蒸發效應。
(1) 收集降水和水汽樣品，用Picarro L2130-i測量其氫氧同位素組成；
(2) 繪制ΔdΔδ圖，定性分析云基以下過程；
(3) 應用方法1和方法2，定量計算云基以下蒸發對降水同位素的影響。
試驗結果顯示：西安的降水主要受到云基以下蒸發過程影響；兩種方法得到的 Δ δ2H結果沒有顯著統計差異，但對降雪事件的評估存在較大誤差。
上圖顯示的是西安的當地降水線(LMWL)和水汽線(LWVL)。可以看出：
(1) LMWL的斜率7.0低于GMWL的斜率8.0，反映了云基以下蒸發的影響。
(2) LWVL的斜率7.8也略低于平衡分餾值8.0，反映了動力學過程的影響。
(3) 降水和水汽同位素組成分布在不同范圍，前者較陽性，這與經典分餾理論吻合，支持了二者之間存在蒸發作用。
Δd Δδ圖是Graf等人在2019年提出的一種新型圖解框架，可以直接區分不同云基以下過程對水汽和降水穩定同位素組成的卷積影響，尤其是平衡和非平衡過程的影響。
其中Δd是降水平衡水汽與觀測近地面水汽的d-excess之差；Δδ是兩者的δ2H之差。圖中橫縱坐標分別為 Δd和 Δδ。不同云基以下過程在該二維相空間有不同的分布，從而可以更清楚地識別。
說明：本文數據在 Graf 等人建議的 Δd Δδ 直徑圖上的投影。實線代表 Δd-excessv 和 Δδ2Hv 為0‰。虛線對應于陰影中具有 95% 置信帶的樣本的線性擬合。紅線是降雨樣本，青色線是降雪樣本。羅馬數字代表象限的類別。
(1)干旱地區降水和水汽同位素組成關系密切；
(2) Δd Δδ圖可以有效定性分析云基以下過程；
(3)兩種方法可以定量評估蒸發效應，但方法2可以包含更多過程。
最后，感謝中國科學院地球環境研究所黃土與第四紀地質國家重點實驗室；中國科學院第四紀科學與全球變化卓越中心，再次向本文作者刑萌老師等對本公眾號大力支持。
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