石笋δ¹⁸O作为气候变化记录，在著名的南京葫芦洞末次冰期序列^[1]发表以后，受到古气候界的广泛关注，引出了越来越多的研究和讨论。在中国，多数研究者将大区域长尺度变化一致的石笋δ¹⁸O作为东亚夏季风强度或降水量大小的指标。但是，这个被学界广泛接受的观点，其实从未被严格证明过。该观点的理论基础是众所周知的“降水量效应”（amount effect，或称“雨量效应”）^{[2, 3]}，而原作者在1964年发表的文中明确指出^[2]，他所说的“降水量效应”是月尺度或季节尺度的降水量与δ¹⁸O之间的统计负相关（原文： A negative correlation will be demonstrated between δ and the amount of monthly precipitation， i.e. low δ's in rainy months and high δ's in months with sparce rain. This “amount effect” is found all the year round at most tropical stations，and in the summer time at mid latitudes）。所以，最合乎逻辑的做法是，我们首先要在中国季风区利用现代观测数据，证明降水δ¹⁸O是否普遍存在“降水量效应”。

程海等^[4]统计了GNIP（全球大气降水同位素观测网）在中国南方（黄河-秦岭-青藏高原东南缘一线以南）12个站点的多年平均降水δ¹⁸O的季节变化，所有站点均显示夏季（主要为7-8月）δ¹⁸O最小，其他月份偏大。其中最为引人注目的现象是，几乎全部站点的降水δ¹⁸O数值在4月偏重且集中到一个很小范围，而在4月前后分散开去，从而揭示出中国季风区（至少南方）降水δ¹⁸O呈哑铃型的季节变化模式。由于作者统计的是平均气候态^[4]，它促使我们猜想，如果“降水量效应”假说是对的，那么这个δ¹⁸O变化模式表明，4月各站点的降水量偏少，且几近相同。事实如此吗？因为是观测时期的问题，应该不难查证。下面结合笔者的观测数据和水汽输送图进行分析。

过去几年，我们曾联合数个研究团队对中国东部8个洞穴进行了从大气降水到洞穴滴水的稳定同位素逐月观测（采用IAEA规范，方法与结果见文献^[5]），其间发现2012年比较特别： 除了北京石花洞和云南仙人洞，广东、 重庆、 湖北、 甘肃、 安徽和见于文献的湖南长沙^[6]其他各站点，不仅春季降水δ¹⁸O值高于夏季，而且降水量也高于夏季； 贵州站点的降水δ¹⁸O值春季显著高于夏季，而降水量春季非常接近夏季（表 1）。从表 1可见，春季各站点降水量差异很大，并不符合前面“几近相同”的假设。

表 1(Table 1)

表 1 各测站2012年春夏降水量与降水稳定同位素数据 Table 1 Stable isotope data of precipitation and precipitation amount during spring and summer of 2012 from observation stations 观测点 春季降水δ18O平均值/‰ 春季降水δ18O加权平均值/‰ 春季降水d加权平均值/‰ 春季降水量/mm 夏季降水δ18O平均值/‰ 夏季降水δ18O加权平均值/‰ 夏季降水d加权平均值/‰ 夏季降水量/mm 广东宝晶宫* -4.33 -4.17 12.78 771.8 -7.59 -7.18 8.76 730.2 重庆芙蓉洞 -3.4 -4.08 15.82 413.0 -9.75 -9.78 8.36 307.2 湖北和尚洞 -2.33 -3.23 20.44 287.6 -8.51 -8.93 6.38 211.2 甘肃万象洞* -4.36 -4.61 14.2 187.6 -11.13 -11.16 6.66 141.8 安徽蓬莱洞* -5.03 -5.05 10.53 324.0 -8.55 -8.62 5.48 240.2 贵州凉风洞 -3.45 -4.27 14.52 561.6 -8.77 -8.52 6.48 581.4 湖南长沙* -4.19 -5.77 16.79 813.1 -8.49 -9.06 9.55 398.2 *宝晶宫夏季取样时段为6月3日到9月20日； 万象洞由于缺3月δ18O数据，而8月取水样于月中，故春季时段取为4月1日至6月1日，夏季时段取为6月2日至8月15日； 蓬莱洞由于春夏各缺一个月的δ18O数据，故春季时段取为4月7日到6月6日，夏季时段取为6月7日至8月13日； 长沙数据引自文献[6]中表 3（δ18O平均值及d加权平均值为作者提供）

表 1 各测站2012年春夏降水量与降水稳定同位素数据 Table 1 Stable isotope data of precipitation and precipitation amount during spring and summer of 2012 from observation stations

表 1数据还提出两个问题： 一是高降水量对应高δ¹⁸O，显然违背“降水量效应”定义，这个有违经典的现象，我们可称之为“降水量效应佯谬”。但真相是什么呢？二是春季降水量高于夏季，这符合我们熟悉的季风气候定义吗？换句话说，我们以往的认识是否有误？笔者希望从2012年的春夏水汽输送对比来解答这两个问题。

采用NCEP-NCAR再分析数据，根据全球逐月2.5°×2.5°水平风场、 比湿和表面气压做水汽输送图（图 1）。从图 1中春夏水汽输送对比可见，果然在多数站点分布范围内，春季水汽输送强度大于夏季。需要进一步了解的是，与正常年份或多年平均比较，2012年到底是春季特别，还是夏季特别，还是都特别。所以，还需要做出春夏水汽输送的气候态图进行比较，同时探讨其气候学原因。

图 1(Fig. 1)

图 1 2012年春（a）和夏（b）整层水汽输送形势及观测点分布图中矢量和色阶单位是kg/s·m，虚线矩形框出中国东南部春季水汽输送大值区； 框外紫色圆圈是万象洞（33°19′N，105°00′E），框内紫色圆圈自西向东依次为芙蓉洞（29°13′N，107°54′E） 、 凉风洞（25°16′N，108°03′E） 、 和尚洞（30°27′N，110°25′E） 、 宝晶宫（24°07′N，113°21′E） 和蓬莱洞（30°14′N，117°32′E），蓝色圆圈为长沙（27°51′-28°40′N，111°54′-114°15′E，） Fig. 1 The whole layer of integral water vapor transport vector of spring （a） and summer （b） in 2012. Vector unit： kg/s·m，the dashed rectangle covers the large value area of water vapor transport during spring in the southeast of China. The purple circle out of the rectangle Wanxiang cave is（33°19′N,105°00′E），in the rectangle the purple circles are，from west to east，Furong cave（29°13′N,107°54′E）,Lingfeng cave（25°16′N,108°03′E）,Heshang cave（30°27′N,110°25′E）,Baojing cave（24°07′N,113°21′E） and Penglai cave（30°14′N,117°32′E） in turn，and the blue circle is Changsha Station（27°51′-28°40′N, 111°54′-114°15′E）

用与图 1相同方法和相同表示做气候图（图 2），与图 1对比不难看出，2012年的春季水汽输送状况与平均态非常接近（稍强于平均态），而十分异常的是夏季的水汽输送。看来正是由于2012年夏季，多数站点所在区域获得水汽远少于常年，于是就得到表 1中的异常数据。并且，从图 1和图 2对比还能看出，春季水汽输送机制主要为西太副高西伸，在北纬10-30度范围内，其西缘风向由东南转向西南，并将太平洋的近源水汽输送到中国大陆，所以无论降水量多还是少，春季降水δ¹⁸O都偏高。在夏季，西太副高东撤，西南季风将远源的印度洋水汽自西向东输送至中国大陆。所以，无论是多年平均态的强输送（图 2b），还是2012年的弱输送（图 1b），即无论降水量多还是少，夏季降水δ¹⁸O都偏低。在这些季节尺度的关系组合中，降水量与降水δ¹⁸O呈反相关关系即被称为“降水量效应”^[2]； 但如果是正相关关系，即出现所谓“降水量效应佯谬”，怎么理解？下面拟采用笔者近几年提出的环流效应原理^[7-10]，对上述现象整体加以合理解释。

图 2(Fig. 2)

图 2 1981-2010年平均水汽输送图 Fig. 2 The whole layer of integral water vapor transport vector of 1981-2010 average.

基于“雨水冲刷原理”（rainout effect，或称“雨除效应”），笔者曾提出降水δ¹⁸O的环流效应假说： 在确定空间上（区域或站点）考察大气降水δ¹⁸O在不同尺度上的变化（从单场降水到季节、 年际甚至更长），如果决定其变化的主控因素为环流变化导致的远近源水汽比率的变化，称为降水δ¹⁸O的环流效应^[7-10]。大气降水δ¹⁸O的环流效应分别在年际尺度^{[7, 8]}和单场降水中^{[9, 10]}被发现。而在这两个尺度之间，显然还有一个季节尺度。过去我们不太清楚，降水δ¹⁸O是否在季节尺度也具有环流效应？如果有，其表现和机理又是什么？而现在我们知道了，本文所讨论的观测事实，显然就是大气降水δ¹⁸O的季节尺度环流效应的生动表现。 并可推测，前述降水δ¹⁸O 的哑铃型季节变化模式，最有可能是由于各个站点春季水汽来源比较一致或此时远近源水汽比率较为一致造成。

前述利用环流效应解答了表 1提出的第一个问题。下面回答第二个问题： 从图 2b可知，正常年份印度洋水汽输送是在南海转为经向往北延伸，而2012年（图 1b）却纬向穿过南海，在东海转向往北延伸，好似大陆南部横亘着一座“水汽坝”（atmospheric water vapor dam），阻挡着水汽正常向北输送。究其原因，一个假设是该年夏季大陆气温较低，气压较高，对南面水汽的吸引力较小。但查证该年的气温，虽然全年显著偏低，但主要是由于冬温偏低造成，夏温仍然偏高（数据来自http：//cmdp.ncc-cma.net/cn/index.htm）。另一个假设是，该年夏季西太副高似乎比正常年份更为东缩（对比图 1b和图 2b），致使西南风长驱东进而未能在南海转向北上，这可能是2012年夏季水汽输送异常的一个机理。另外，在2012年，南支槽（Southern Branch Trough in the Subtropical Westerlies）偏强也更加促使夏季水汽输送异常。

若进一步观察，从图 2可见，在中国东南部，即使多年平均气候态，也表现为水汽输送春季强于夏季。所以，就季节降水量对比而言，就不仅仅是2012年的问题。那么，现代气候学家对此是否已经有解释呢？答案是肯定的。

宋代诗人黄庭坚曾有诗云：“春风春雨花经眼，江北江南水拍天。” 黄庭坚是江西人，曾在江西泰和做知县，并创“江西诗派”。写这首诗时，正在泰和。诗作所赠之人苏辙，当时被贬往江西高安（宋时称筠州）上任酒监。如果说，诗中所写之境应是诗人所见所感，而非想像，那么这两句写的就是江西春季的气候景象。而作为现代气候学中重要概念的“江南春雨”（Spring Persistent Rains，或SPR）直至20世纪末才提出^[11]。尔后，气候学家确定了SPR的大致区域： 30°N以南，110°E以东^[12]，即包括中国东南五省： 湖南、 江西、 浙江、 福建和广东； 并且进一步确认了SPR形成的青藏高原、 南岭武夷山等地形条件^[12]，西太副高春季西伸控制的环流条件以及水汽来源于西太的水汽输送条件^[13]。为此，笔者根据多年观测东部降水数据做了春夏雨量分布图（根据国家气候中心160个台站数据），表明该区域春季降水量确实多于或相当于夏季（图 3）。

图 3(Fig. 3)

图 3 1981-2010年春季（a）和夏季（b） 中国东部降水（单位： mm） Fig. 3 Distribution of average precipitation from 1981-2010 over the Eastern China，（a）spring and （b） summer（unit： mm）

然而，我们要讨论的问题还不能限于此，因为表 1中只有广东宝晶宫和湖南长沙位于SPR区域内，而“类SPR同位素现象”（高降水量对应高δ¹⁸O值）却并不仅限于这两个站点。如前面提到的“哑铃型”降水δ¹⁸O的站点分布范围^[4]，就远远超出了SPR区域。那么“江南春雨”这个仅限于降水因素的气候学概念就不足以说明表 1与文献^[4]中发现的现象。作为同位素气候学概念的环流效应所能影响的范围，远比SPR区域更为广大。

此外，既然春夏两季的水汽来源海区不同，那么其氘盈余也就可能具有示踪的意义。Dansgaard^[2]首先提出了氘盈余（d‰）的概念，认为其大小可以指示水汽源区的湿度、 风速和最初蒸发时海表温度。Froehlich等^[14]系统总结了全球尺度d值的变化特征，指出d值可作为海洋水汽来源的指示剂，在其文章中的图 4显示，北半球热带印度洋d值较低，30°N太平洋海区d值较高。而我们的观测数据经计算表明（表 1），各观测站点的d值春季均>10，夏季均<10。也就是说，春季来自西太平洋的水汽d值高于全球平均，而夏季来自印度洋的水汽d值低于全球平均。稍不同于Froehlich等^[14]的总结，在本文的图 1a或图 2a中，西太水汽输送纬度低于30°N，所以说，本文提供的数据是对Froehlich等^[14]总结的补充。

从以上分析可见，包括δ¹⁸O、 δD和d在内的大气降水同位素不仅指示了水汽源远近，而且还指示了水汽源的位置特征，这些特性均与大气环流变化有关，即主要与同热带太平洋海温梯度密切关联的西太副高的强弱变化、 西伸东缩有关^[15]。据此我们可以将降水δ¹⁸O的环流效应概念扩展为降水同位素环流效应。本文讨论的中国大气降水同位素季节尺度环流效应是理解“环流效应”的一个关键尺度； 同时，对作为自然记录代用指标的同位素的气候信号讨论^[16-18]，或同位素古气候学的研究^[19-21]具有一定的启发意义。

致谢: 感谢章新平教授提出有益建议并提供长沙数据； 感谢参加洞穴观测的多位同行。