东亚季风区是世界上最典型的季风区之一，受极端降水过程影响显著。作为极端降水类型的一种，短时强降水具有突发性强、预报难度高等特点，对人类生命安全与社会经济发展造成严重威胁。因此，通过对短时强降水发生机制的研究，不仅具有重要的科学意义，也具有重大的社会经济效益。
充足的水汽及有利的天气系统是短时强降水产生的两个重要条件。然而，由于对短时强降水汽来源不清、短时强降水期间不同尺度系统相互作用过程等认识不足，对短时强降水的准确预报仍面临巨大挑战。作为水循环的天然示踪剂，大气水汽稳定同位素组成（δ18Ov和d-excessv）对不同来源水汽及不同尺度天气系统具有较好的指示作用。但过去由于缺少长时间高分辨率水汽稳定同位素观测，利用水汽稳定同位素手段开展短时强降水相关过程的研究基本还未开展。
针对这一问题，庞洪喜教授课题组基于bwin地球系统区域过程综合观测试验基地（SORPES）在线长时间连续高分辨率水汽稳定同位素观测资料，结合地面气象观测资料、卫星观测资料及再分析资料等，系统分析了典型东亚季风区夏季短时强降水的形成机制及水汽来源。研究发现，尽管导致短时强降水事件发生的天气系统存在显著不同，但δ18Ov值在不同降水过程中均呈上升趋势，且较为富集（图1）。富集的δ18Ov值反映了孤立的中小尺度强对流活动（图2）和较近源区的水汽输送对产生短时强降水事件的直接影响（图3）。与δ18Ov值单一的上升趋势不同，d–excessv值呈现多种变化模式（图1），表明来自中国东部的陆地水汽和中国近海的海洋水汽在短时强降水事件中起着同等关键的作用。本研究首次揭示了典型东亚季风区短时强降水过程的水汽同位素演化特征，发现近源海洋及局地水汽是短时强降水的主要水汽来源。上述认识对于深入理解典型东亚季风区极端降水事件发生机理具有重要意义。
研究成果以“Characteristics of water vapor isotopes and moisture sources for short-duration heavy rainfall events in Nanjing, eastern China”为题发表在Journal of Hydrology上（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129731）。论文的第一作者为博士研究生许涛，庞洪喜教授、公司兼职教授上海交通大学侯书贵教授为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金项目（42271019, 41830644, 91837102）、bwin关键地球物质循环前沿科学中心项目（020914380103）、bwin优秀博士研究生创新能力提升计划B（202202B028）及江苏省优势学科项目等联合资助。
图1：2013-2021南京短时强降水事件期间小时尺度水汽稳定同位素组成和气象要素变化特征
图2：2013-2021南京短时强降水事件期间小时尺度卫星相当黑体温度的空间分布
图3：2013-2021南京短时强降水事件期间整层水汽通量场