石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示：石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响.     

干旱内陆河流域降水稳定同位素的时空特征及环境意义

依据石羊河流域武威站(海拔1 531 m)、民勤站(海拔1 389 m)和西大河(海拔2 897 m)于2013年7月至2014年7月一个完整水文年的降水样品和气象数据,分析该流域降水稳定同位素的时空变化和局地大气降水线,讨论降水过程中温度、湿度、降水量、平均水汽压以及相对湿度等环境因素对降水稳定同位素演化的影响.结果表明:①研究时段内降水稳定同位素呈现出显著的季节性变化,冬季和春季较低,夏季和秋季较高;②武威站D-excess月均值低于西大河,除可能具有不同的水汽来源外,也反映了高海拔山地地区更多的受到局地再循环水汽的影响,低海拔平原地区云下二次蒸发更强烈;③流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,在天气尺度上体现出降水量效应,可能是受到淋洗作用或季风环流的影响;④δ18O值与平均相对湿度呈负相关关系,可能是随着降水量与湿度的增加使云下二次蒸发作用减弱.     

乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素特征及水汽来源对比

为了揭示季风边缘区降水中稳定同位素特征及水汽来源,利用2016年10月至2017年10月采集的97个降水样品,采用相关分析和HYSPLIT模型,对乌鞘岭南、北坡降水稳定同位素的特征、大气水线方程、温度和降水量效应、水汽来源进行了对比分析.结果表明,南坡大气降水线的斜率与截距低于全球大气水线(GMWL)和北坡大气降水线;南、北坡的同位素温度效应和季节效应明显,但北坡的温度效应比南坡更为明显;除北坡夏季和南坡降水量小于5 mm时降水稳定同位素表现出微弱的降水量效应,南、北坡其它季节或其它降水量级均无明显的降水量效应;来自西北和北方的水汽占90%以上,北坡受季风水汽影响极少,南坡夏季会受到东南季风影响,局地水汽再循环对乌鞘岭南、北坡水汽也有贡献.本研究可提高对高寒山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础.     

祁连山北坡中段降水稳定同位素特征及水汽来源分析

依据祁连山北坡中段8个站点的降水样品,结合同期气象数据,从降水同位素特征、影响因素以及水汽来源等方面进行分析,结果表明:①研究区降水稳定同位素季节变化明显,表现为夏半年富集,冬半年贫化的特征;在空间尺度上δ18O值随海拔的升高而减小,年降水δ18O的海拔效应为-0. 19‰/100 m;②各站点的局地大气降水线的斜率和截距表现为随海拔的增加而增加的趋势,表明2 000 m以上的高海拔山区受到更强烈的局地再循环水汽的影响;③研究区降水中稳定同位素温度效应显著,δ18O的温度效应为0. 64‰,且仅在夏季存在微弱的降水量效应;④研究区云下蒸发作用显著.在5、6、7和8月,研究区降水δ18O的平均雨滴蒸发率分别为23%、11%、12%和16%,云下蒸发富集率46%、27%、38%和32%;⑤在夏季连续降雨条件下,研究区降水的水汽来源主要为西风水汽,同时受到局地蒸发水汽的影响.本研究结果有助于进一步了解内陆河水文循环过程,为进一步开展干旱区同位素水文研究奠定基础.     

胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究

区域大气降水稳定同位素组成是利用同位素技术研究区域水循环所必须的前提,对于深入了解水循环过程具有重要意义。本研究基于降水样品,分析了胶莱平原及周边地区降水氢氧稳定同位素特征,探讨了降水同位素的环境效应,并通过对比分析不同水汽输送路径站点的降水同位素季节变化趋势,揭示了胶莱平原大气降水水汽来源。结果显示：胶莱平原大气降水线LMWL为δ²H=6.38δ¹⁸O+0.72,胶莱平原大气降水δ¹⁸O存在较显著的温度效应和降水量效应,高程效应不显著。6—9月,胶莱平原降水水汽主要受控于东亚季风,水汽主要来自相邻太平洋海域蒸发水汽;10月—次年5月,胶莱平原降水水汽主要受控于西风,水汽来源于局地蒸发,受极地水汽影响较小。本研究结果将为胶莱平原地表水—地下水—海水之间的相互转化及水循环研究提供基础。     

托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义

为了探讨祁连山中段托来河流域不同海拔降水稳定同位素的环境意义,依据该流域托勒站(3 367 m)和嘉峪关站(1 658 m)的降水样品和气象数据,分析了降水稳定同位素的时间变化、局地大气水线、海拔变化,讨论了降水稳定同位素与温度、降水量、平均水汽压和相对湿度的关系.结果表明,研究时段内托勒站和嘉峪关站降水稳定同位素具有一定的季节变化特征,托勒站表现为夏秋较高值,冬春季为较低值,与托勒不同的是,嘉峪关站春季较高,其他季节较低.嘉峪关站降水δ~(18)O和d-excess值展现出显著的反向变化趋势,托勒站则不显著,随海拔升高对应的相关系数呈下降趋势,反映了内陆河流域低海拔地区存在较强的云下蒸发,同时高海拔地区受局地水汽再循环的强烈影响;从嘉峪关到托勒站大气降水线的斜率和截距都明显升高,表现出从低海拔到高海拔的增加趋势;处于高海拔地区托勒站的温度效应比低海拔地区的嘉峪关站更显著,对于气温在10℃以上的降水事件而言,托勒站δ~(18)O与气温呈显著正相关,嘉峪关站则表现出相反的变化趋势,可能是嘉峪关站云下蒸发对高降水量事件稳定同位素的富集作用减弱,使得呈现降水量效应;从托勒站到嘉峪关站,δ~(18)O和dexcess与平均水汽压的正相关关系减弱,变化幅度也明显减小,原因可能是从高海拔到低海拔地区,水汽压升高,饱和水汽压升高,降水难以形成,降水量较小,降水稳定同位素受云下蒸发影响作用明显,δ~(18)O和δD偏正,高海拔地区受局地水汽再循环的作用明显,δ~(18)O和δD偏负;嘉峪关站降水δ~(18)O与平均相对湿度呈不显著正相关,托勒站则相反.研究结果为托来河流域同位素水文过程研究提供了理论依据.     

长江源区降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

基于长江源区冬克玛底流域2014年5～10月连续采集的73个降水同位素数据,结合相关气象资料,分析了降水中δD、δ~(18)O及氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ~(18)O与气温、降水量的关系,利用HYSPLIT模型追踪流域降水的水汽来源并估算不同水汽来源对降水量的贡献比例.结果表明:研究区降水中δ~(18)O和δD变化范围分别为-26.5‰～1.9‰和-195.2‰～34.0‰,且δ~(18)O和δD值随时间变化波动较大,与不同来源水汽输送有直接的关系;区域降水线的斜率和截距均大于全球大气降水线,与青藏高原北侧地区的降水线相近;不同降水类型中的δ~(18)O和δD的关系差异显著,主要与水汽来源和形成降水时的气象条件有关;由于受局地蒸发水汽及水汽输送过程影响,流域大气降水d-excess值整体上相对偏大;研究区的降水同位素存在显著的降水量效应,但不存在温度效应,表明降水量对大气降水中稳定同位素含量的控制作用更强;水汽来源轨迹表明,研究区大气降水水汽来源主要有西南季风携带的海洋性水汽、局地蒸发水汽及西风输送水汽,对降水量的贡献比例分别为43%、36%和21%.该研究结果有助于进一步了解长江源头区冬克玛底流域的大气环流特征及水循环过程.     

长沙大气降水中稳定同位素变化及过量氘指示水汽来源

基于2010 年1 月1 日至2012 年5 月31 日长沙日降水同位素资料,对长沙降水中稳定同位素、过量氘(记为d) 的变化特征以及它们与降水、温度和湿度的关系进行了分析。研究发现:①在季风系统下, 降水中稳定同位素、d 均具有明显的季节变化,表现出夏半年的低值与冬半年的高值交替变化的特点;②降水中稳定同位素在不同时段均存在降水量效应和湿度效应,另外,夏半年中表现为反温度效应,冬半年则表现出温度效应;③综合考虑降水中d 和δ¹⁸O 与大气湿度的关系, 可认为影响长沙降水中稳定同位素变化的主要原因与降水的气团性质有关。夏半年中,夏季风盛行,降水的水汽主要来源于西南季风、东南季风所携带的海洋水汽,空气湿度大,d 小,重同位素在水汽输送过程中因不断冷凝而大大贫化,从而降水中δ¹⁸O(δD) 较小;冬半年中,长沙受大陆性气团控制,降水的水汽则主要来源于西风带及当地蒸发,空气湿度小,降水中δ¹⁸O(δD) 以及d 均较高。     

基于δ18O的青藏高原中部错那湖湖水蒸发研究

稳定同位素方法经常被用来估算湖水水量平衡,这种方法主要依赖于水样的采集和同位素分析,并结合研究区域相关的气候和水文信息对湖水进行研究。基于对1999-2001年期间获得的18个湖水样的稳定同位素分析,发现错那湖水δD和δ¹⁸O的平均值分别为-83.3‰和-9.6‰,显著高于流域内同期降水中δD和δ¹⁸O的加权平均值-124.5‰和-16.6‰;流域内湖水稳定同位素的变化幅度远小于降水,但展示了明显的季节变化,夏季值较低而冬春季值较高,这种变化表现出一定的降水量效应,表明降水是湖水主要补给来源之一。结合所获得的流域内降水和河水稳定同位素数据,利用稳定同位素质量平衡方法对非结冰期间错那湖水的蒸发与流入比率(E/I)进行了估算,结果表明,受太阳辐射与气温升高的影响,湖水受到强烈的蒸发,流入错那湖的水大约24%消耗于蒸发。     

石羊河流域降水化学特征时空变化及来源浅析

运用相关分析、因子分析、富集因子和HYSPLIT模型对石羊河流域从2013年7月到2014年7月连续收集降水样品的主要离子浓度特征及来源进行了探讨分析,结果表明,Ca~(2+)和Na~+是主要的阳离子,SO_4~(2-)和NO_3~-是主要的阴离子,石羊河流域的主要降水类型为SO_4~(2-)-NO_3~--Ca~(2+);石羊河流域的总离子浓度的季节大小变化顺序为冬季春季秋季夏季,石羊河流域的降水水化学主要受地壳源和人为源的影响;石羊河流域的降水类型分为季风降水、西风降水和混合降水,而混合降水是石羊河流域的主要降水类型,其次为西风降水,最后为季风降水。     

水汽源区变化对黄河中游降水稳定同位素的影响

利用黄河中游地区9个站点的降水同位素数据,分析其时空分布特征及环境效应,并模拟代表站点的气团运移轨迹,利用OLR技术研究水汽源区变化及输送过程对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明：δ¹⁸O有着较为明显的季节性变化规律,春夏较低,秋冬较高;空间分布则呈由东南向西北升高的趋势。大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,降水量效应较为显著。水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,东向水汽与青藏高原的热力、动力性质对流域的水源差异产生了较大影响。水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带（ITCZ）使东南季风成为夏季黄河中游地区主要的水汽输送通道。     

青海湖流域降水和河水中δ18O和δD变化特征

稳定同位素方法已被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源分析、不同水体间补给关系及水量平衡。论文基于青海湖流域2012 年夏季所收集的河水和逐次大气降水中δ¹⁸O和δD 及实测的气象数据,分析了它们的氢氧稳定同位素时空变化特征。结果表明：降水中同位素值组成变化存在两个明显的变化阶段,在8 月中旬之前降水中稳定同位素值较低,而之后明显偏高,这与受夏季风和局地再循环水汽的影响有关;该流域大气降水线（LMWL）的斜率（8.69）和截距（17.5）明显大于全球大气降水线（GMWL）,表明青海湖流域夏季大气降水在一定程度上受夏季风所携带湿润海洋性气团的影响;降水中稳定同位素与降水量及温度之间存在负相关关系,表明青海湖流域夏季降水中稳定同位素存在显著的降水量效应,但却不存在温度效应;该流域内河水受到大气降水、地下水及冰川融水的混合和调节作用,这使得河水中稳定同位素的波动范围比降水小;通过瑞利分馏模型模拟了降水中稳定同位素的变化,降水中δ¹⁸O、δD和过量氘 （d_excess）的值受青海湖湖面再循环水汽补充的影响。因此,这也将为今后展开青海湖流域水循环过程中大气降水-地下水-地表水的研究提供科学依据,掌握该流域不同水体间的转化关系及水资源利用、管理具有重要的意义。     

雅鲁藏布江河水氢氧同位素时空变化特征

为揭示流域内水汽循环过程变化规律、揭示河水稳定同位素与气象要素及海拔之间的关系,2018年先后采集雅鲁藏布江干流丰、平、枯,水期水样90个,对河水的氢氧同位素组成进行了分析.结果表明：利用δ¹⁸O与纬度和海拔定量关系模型研究了雅江流域降水氢氧同位素空间变化特征,发现降水中δ¹⁸O值变化呈现东西部（雅江上、下游）高中部（雅江中游）低的趋势;建立了雅江丰、平、枯水期河水氢氧同位素方程,研究发现δD与δ¹⁸O的线性方程斜率低于中国大气降水线,河水δD与δ¹⁸O有一定的季节性特征,其受大气降水的影响较大,且丰水期较平水期以及枯水期相比更为明显;雅江河水中δ¹⁸O空间特征表现为,从上游至下游整体表现出先降低再升高的变化趋势.南北空间上表现为河水δD-δ¹⁸O从南至北逐步增高的趋势.δD-δ¹⁸O值与海拔高度具有较弱的负相关关系;受地表蒸发分馏、降水云团迁移以及流域岩石风化的影响,雅江河水d值季节性、空间性变化明显.     

北京西山大气降水中D和18O组成变化及水汽来源

论文利用北京西山鹫峰地区2011年7月—2012年7月观测站点内大气降水δD和δ¹⁸O数据,研究了北京西山山前丘陵区降水稳定同位素的变化特征。结果表明：研究区的大气降雨δD和δ¹⁸O的平均值要低于中国和全球降水同位素的平均值,并与北京地区的降水同位素组成平均值之间显示出较大的差异,且同一个月份内降水的同位素特征也具有较大的变化范围。由于季风气候以及局地水汽循环的共同影响,使得夏季降水中的δD和δ¹⁸O值较小,并且在4—7月随着月降水量的增加和温度的升高,在温度效应和降雨量效应的交互作用中,降雨量效应此时起主导作用,月均δD和δ¹⁸O值呈现减小的趋势,而在7—9月,温度效应呈现出主导作用,δD和 δ¹⁸O值呈现增加的趋势,而冬季来自偏北风的大陆性气团形成的降水δD和δ¹⁸O值较大。同时局地水汽循环过程中降水的二次蒸发,也导致在典型长历时场降水过程中δD和δ¹⁸O值呈现出分段波动式下降的特征。研究区大气降水线方程为 δD = 7.17 δ¹⁸O + 1.46,斜率和截距小于全球和中国大气降水线方程,而与北京地区大气降水线方程的对比发现,斜率差异较小而截距差异明显,说明海洋水汽不是研究区唯一的水汽来源,同时受到大陆性气团以及局地较强的水汽循环和北京地区近年的干旱化过程的影响。而氘盈余的年内变化的无规律则间接反映了研究区水汽来源的复杂性。     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

1970—2013年西北干旱区空中水汽含量时空变化与降水量的关系

论文基于1970—2013年西北干旱区高空和地面气象资料,采用多种统计学方法,分析了西北干旱区空中水汽含量的时空变化特征及其与降水量的关系。结果表明：1）1970—2002年,西北干旱区空中水汽含量呈显著的增加趋势,速率为0.835 mm/10 a（P<0.01）,其中以夏季增速最高（1.709 mm/10 a,P<0.01）;而降水效率基本稳定,仅春、冬季节略增。在空间上,1970—2002年水汽含量变化速率大小依次为北疆>南疆>河西走廊,其中冬、春季节以北疆水汽增速最大,夏、秋季节以南疆水汽增速最高。2）2003—2013年,西北干旱区水汽含量呈不显著下降趋势（-2.061 mm/10 a）;而降水效率明显增加,速率为0.136%/10 a,这说明近年来空中水汽转化为降水的效率明显提升。同时,北疆降水效率增加幅度明显高于其他地区。3）西北干旱区各季节的降水效率与降水量均呈显著正相关性,而水汽含量与降水量的相关性则表现出明显的季节性差异：春季>夏季>秋季>冬季。另外,新疆降水变化与水汽含量和降水效率均呈显著正相关性,而河西走廊降水量与降水效率的关系更为密切。