地球系统水资源的根本来源是大气降水。区域地理位置及自然环境的改变都会引起降水中氢氧稳定同位素比率的波动,这一波动规律能够将水循环过程的信息直观体现出来。因此,对降水稳定同位素比率的分析有利于判别特定区域的水汽来源。降水稳定同位素比率的变化能在一定程度上指示水循环过程,反映局地的气候特征。本研究选择除青海省外的我国西北地区作为研究区,主要分析了西北地区10个站点(8个来自全球降水同位素监测网(GNIP),2个来自实地采样)大气降水中δD和δ18O的相关关系及δ18O的时空变化规律及降水δ18O的环境效应,模拟了研究区不同时期的水汽来源,并定量分析了夏冬季风时期的云下二次蒸发效应,计算了研究区不同时期的水汽再循环比率。得出如下结论:(1)研究区各省的大气降水线的截距斜率都比全球大气降水线的截距斜率小,可知研究区气候较干旱,蒸发作用在降雨阶段有一定的体现。通过计算发现,夏季风时期大气降水线的斜率为6.80,截距为-0.07,与研究区年大气降水线方程的斜率7.27、截距3.37相比,明显较低,该数据表明蒸发作用在夏季风时期的降水阶段较强。而研究区冬季风期间的大气降水线斜率截距值高于年大气降水线,冬季风时期气温较低,使得降水经历的蒸发作用减弱。因此,在大气降水线方程上表现为斜率和截距较高。(2)10个站点的降水δ18O值均表现出夏秋季节高,冬春季节低的季节变化规律,与温度的季节变化规律吻合,表明研究区降水δ180的改变与温度有着密切的关系。降水δ18O在整个研究区尺度的空间变化呈现由西至东降低-增大-再降低的变化规律。分陕甘宁地区和新疆地区讨论发现,陕甘宁地区在空间上呈现δ18O从西北到东南降低,新疆地区则由和田至乌鲁木齐降低。分析不同时期δ18O与过量氘d(d=δD-8×δ18O)的空间变化规律发现,夏季风期间,新疆地区,δ18O与d均表现出从南到北逐渐降低的趋势。而陕甘宁地区,整体上从南到北,从东到西,δ18O逐渐增大,d值逐渐降低。而在冬季风时期,δ18O表现为由南至北,由东至西逐渐降低的变化规律。而d值由于受到多种因素的综合作用,各区域的变化规律存在一定的差异。(3)西北地区各省均存在显著的温度效应,不存在降水量效应。表明“温度效应”是引起研究区降水δ18O变化的主要因素。分季节对研究区的降水量效应进行分析,结果表明夏季存在显著的降水量效应。表明我国西北地区夏季降水水汽来源一定程度上受海洋性季风的影响,因此,研究区夏季的降水量效应不可忽略。我国西北地区高程效应的定量关系为-0.05‰/100m,即高度每增加100m,降水中δ18O相应贫化0.05‰。与高程效应相比,西北地区的纬度效应更显著,表现为纬度每增加1°,降水中δ18O相应贫化0.48‰。(4)探究我国西北地区二次蒸发效应时,应用水滴蒸发模型实现定量分析,结果表明夏季风时期,降水经历的蒸发比率为4.49%,冬季风时期的蒸发比率为3.65%。表明夏季风时期降水经历的蒸发程度较冬季风时期强。各站点降水经历的蒸发程度在不同季风期存在差异,这与各站点的地理位置及气候条件密不可分。众多气象因子均会对云下蒸发作用产生影响,二次蒸发效应对各因子的敏感程度不同,每个因子所处的区间范围不同时,对二次蒸发过程产生的影响也不同。蒸发作用的强度与温度呈正相关,与水汽压和相对湿度有负相关关系。二次蒸发作用的强度和降水量的相关性与降水量所处的区间范围有关。(5)陕甘宁地区夏季风时期的水汽来源主要有南部孟加拉湾的水汽、东南季风水汽和西风带水汽。夏季风时期温度较高且较干旱,混入了一定量的局地再蒸发水汽,使得夏季风时期δ18O值较高。冬季风时期的水汽来源以西风带水汽为主,因此冬季风时期降水中δ18O较贫化。新疆地区主要的水汽来源有西伯利亚的西北方向水汽、孟加拉湾水汽和大西洋的西风带水汽,但以西风带水汽为主。(6)通过三元混合模型计算发现,任何时期,各站点外来水汽的贡献比均在70%以上,在各站点水汽来源比率中占据主导地位。地表水体蒸发水汽与植物蒸腾水汽的贡献比均表现为夏季风时期较冬季风时期高,但地表水体蒸发水汽的贡献比低于植物蒸腾水汽的贡献比。