大气降水氢、氧同位素组成最重要的特征:δD－δ18O值之间呈线性变化;大多数地区大气降水的δD和δ18O为负值;δ值与所处地理位置有关，并随离蒸气源的距离增大而变得更负。
图4－2、图4－3的资料表明，全球性或区域性的大气降水的同位素组成分布很有规律。全球降水的平均δD值为－22，δ18O值为－4。两极地区的降水最贫重同位素，δD为－308，δ18O为－53.40‰(Craig，1963)。在干旱地区的封闭盆地中，水最富重同位素，δD为129.4‰，δ18O为30.80‰(Fontes和Gonfiantini，1967)。
图4－3 世界大气降水δ18O分布图(据Yurtscver等，1981)
图4－4 大气降水中δD－δ18O关系图(据Craig，1961)
云蒸气和大气降水的同位素组成变化很大，随空间、时间而异。大气降水的同位素组成及其变化规律是研究地下水的重要基础资料。
1.降水方程
由于水在蒸发和凝结过程中的同位素分馏，使大气降水的氢、氧同位素组成出现了线性相关的变化。这一规律最早是由Craig(1961)在研究北美大陆大气降水时发现的，并把这一规律用数学式表示为
同位素地球化学
这就是降水方程，又称之为Craig方程(图4－4)。
根据IAEA所属降水观测站的资料，降水的加权平均δD和δ18O值之间存在很好的线性相关:
同位素地球化学
相关系数r=0.997;δD值的标准差σ=±3.3‰，(4－2)式非常接近Craig(1961)降水方程。
全球观测站的资料，经加权或未经加权处理，得
同位素地球化学
r=0.995，n=159，δD的标准偏差为±4.1‰(未经加权平均);
同位素地球化学
r=0.990，n=153，δD的标准偏差为±4.3‰(经加权平均)。
如果把全球岛屿、滨海和内陆观测站的资料进行数学处理(平均和加权平均)，其结果更接近全球性降水方程(表4－5)。
表4－5 岛屿、滨海和内陆的降水方程
①加权平均相关方程。
但是，世界不同地区的降水方程往往偏离全球性方程，方程的斜率和截距都有不同程度的变化(表4－6)。
表4－6 世界及我国部分地区的降水方程
从1995～1998年26件大气降水样品的δD、δ18O同位素测定结果，经最小二乘法处理，得到西藏南部雅鲁藏布江河谷一带的大气降水方程为:δD=7.54δ18O+15.92。在δD－δ18O图上，落在全球大气降水线δD=8δ18O+10的右下方，其斜率小于8，截距大于10，显示出强烈的蒸发特征。这与地处高原、纬度较低、海拔高、空气稀薄、太阳辐射强、蒸发强烈的环境条件相匹配。
2.氘过量参数(d)和降水线斜率(S)的变化
氘过量参数亦称氘盈余。同全球性降水方程相比，任何地区的大气降水，都可以计算出一个氘的过量参数d，d被定义为:d=δD－8δ18O(Dansgaard，1984)。d值的大小相当于该地区的降水线斜率ΔδD/Δδ18O为8时的截距，用以表示蒸发过程的不平衡程度。
影响氘过量参数d的因素的定量研究非常复杂，它的变化完全依赖于水的蒸发凝结过程中的同位素分馏的实际条件，目前，仅了解到某些局部的规律。
1)海水在平衡条件下蒸发:大部分岛屿和滨海地区，海面上的饱和层蒸气与海水的同位素平衡程度要高，这时d值朝趋向于零的方向变化。但是当海洋高空不平衡蒸气与海面附近的饱和层蒸气相混合产生降水时，d值变小，有时出现负值。
2)海水快速蒸发，不平衡程度更为强烈，空气相对湿度低的地区，如东地中海地区，发现了降水中最大的氘过量参数d值高达37。某些局部地区的海洋蒸气源，如波斯湾、红海、黑海等地，也见有偏高的d值。
降水线斜率S变化情况的研究还有待深入。W.Dansgaard(1964)根据北大西洋沿岸(温带和寒带)的资料指出，降水的同位素温度梯度为:dδ18O/dt≈0.69‰/℃，dδD/dt≈5.6‰/℃，降水的斜率接近于8。热带和亚热带的岛屿地区，降水线斜率的典型值为4.6～6。降雨量少而蒸发作用强烈的干旱和半干旱地区，其斜率大都小于8。斜率大于8的情况少见。
3.δD－δ18O图形
根据降水方程，在δD－δ18O图中用来表示降水的δD和δ18O关系变化的直线，称为降水线。除全球降水线外，不同地区都有反映各自降水规律的降水线。为了更确切地了解一个地区的降水规律，有时，特别是在干旱或半干旱地区，可以得到一条斜率小于全球降水线或大区域降水线的地区降水线，为了便于区别，我们常把它称为蒸发线或地区大气降水线。
在δD－δ18O的图中可以直观地得到以下规律:
1)温度低、寒冷季节、远离蒸气源的内陆、高海拔或高纬度区的大气降水的同位素组成，一般落在降水线的左下方，反之其他降水的同位素组成落在降水线的右上方。
2)偏离全球降水线、斜率较小的蒸发线(或地区降水线)，则落在它们的右下方。斜率越小，偏离降水线越远，并反映其蒸发作用越强烈。
3)蒸发线和降水线的交点，可近似反映出蒸气源水的原始平均同位素组成。
4)两种不同端元水的混合，例如，经蒸发的水与雨水混合的水体，其同位素组成落在该水体蒸发线和雨水线之间的区域内，它与两种端元水的距离，可近似地反映其混合量。