云南大气降水中δ18O与气象要素及水汽来源之间的关系

根据云南昆明、腾冲、蒙自三个地区在2009 年1 月至2011 年12 月3 a 间收集的大气降水以及相关气象要素资料,结合欧洲中期数值预报中心以及NCEP/NCAR提供的再分析资料,研究了天气尺度下三个地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度、水汽压等气象要素之间的关系,并分析了δ¹⁸O与高空各气压层（800、700、500、300 hPa）风速的相关关系。结果表明：在天气尺度下,三个地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度、水汽压均存在显著的负相关,表明三个地区大气降水中δ¹⁸O的变化具有显著的降水量效应、反温度效应以及湿度效应;同时,高空各气压层风速与δ¹⁸O之间存在正相关关系,表明高空风速也是影响大气降水中δ¹⁸O变化的一个重要因素。通过拉格朗日后向轨迹模型HYSPLIT 4.8 追踪三个地区水汽输送轨迹发现,三个地区大气降水的水汽来源基本一致,表明三地处在同一条水汽通道上。在湿季降水期间（5-9 月）,水汽主要来源于孟加拉湾、阿拉伯海以及南海等海域,降水中δ¹⁸O偏低;而在干季降水期间（10 月-翌年4月）,水汽主要来源于西风带携带的内陆水汽以及局地水汽再循环,降水中δ¹⁸O偏高。     

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。     

不同水汽来源对湖南长沙地区降水中 δD、δ18O的影响

根据2010年在长沙地区进行降水收集和气象要素观测的资料,分析了该地区降水中δ¹⁸O与温度、降水量之间的关系,揭示了降水中δD、δ¹⁸O的变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ¹⁸O变化的影响。结果表明,在天气尺度下,长沙地区大气降水中δ¹⁸O与降水量、温度之间存在显著的负相关关系,即该地区降水中δ¹⁸O的变化具有显著的降水量效应及反温度效应。对长沙地区的降雪样和降雨样进行线性回归,得出大降水事件和降雪的大气降水线具有较大斜率和截距。随着降水量的减小,大气降水线方程的斜率和截距也逐渐减小,这主要由于小降水事件的雨滴在降落过程中受到二次蒸发强烈,同位素分馏强烈。利用HYSPLIT模式追踪该地区气流的轨迹发现,在季风降水期间(5—9月),δ¹⁸O值偏低的水汽主要来自孟加拉湾、南海洋面与西太平洋海区;在非季风降水期间(10—4月),δ¹⁸O值偏高的水汽主要来自西风带携带的水汽和局地水汽环流。     

基于SWAT模型的流域河道硝酸盐δ15N和δ18O模拟

为提升流域地表水硝酸盐溯源方法的可靠性,于2013~2015年在釜溪河流域,对流域水文和水质过程进行了连续监测,同步测定了流域内主要污染源和干支流河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O.基于SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟了陆面水文和河道水文过程中的氨氮(NH_4~+)和硝酸盐(NO_3~-)迁移转化过程,在此基础上,耦合河道中硝酸盐~(15)N和~(18)O掺混、转化和分馏机制,发展了流域河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O模拟方法.结果表明,河道中硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O主要受流域内污染源以及不同水文期径流条件变化的影响,不同污染源同位素掺混过程对于同位素丰度变化的贡献率为82.74%,氮素转化过程中同位素分馏的贡献率为16.26%,SWAT模拟NH_4~+和NO_3~-浓度偏差对δ~(15)N和δ~(18)O模拟误差的影响为10.44%.由于降雨中硝酸盐δ~(18)O的变化范围显著地超过δ~(15)N的变化范围,以及河道硝酸盐18O来源复杂性,δ~(18)O模拟误差平均较δ~(15)N偏大18.72%.所提出的方法模拟河道硝酸盐的δ~(15)N和δ~(18)O结果的系统误差和偏差小于10%和15%.所提出的流域河道硝酸盐δ~(15)N和δ~(18)O模拟方法具有明确的物理意义,为河道氮素正向溯源提供了方法支撑.     

水生植物对漓江流域水环境的影响

漓江水生植物能从水环境中吸收营养组分氮、磷,防止水环境富营养化;与水生藻类竞争,抑制其生长发育;还能与部分重金属络合,降低其环境毒性。对漓江的水环境有重要作用。     

基于2H&18O和水化学成分的永定河流域地下水循环特征解析

运用环境同位素和水化学成分作为水循环研究的示踪剂, 揭示了永定河流域中下游地下水循环特征。通过现场调查并对浅层和深层地下水采样, 进行室内水化学和氢氧同位素组成测定, 分析了流域内深层和浅层地下水的氢氧同位素和水化学组成的空间分布规律和演化趋势, 揭示了流域地下水循环特征。结果表明, 降水是山前地下水的主要补给源, 地下水在接受降水的补给后经过了不同程度的蒸发作用, 山区受蒸发影响较小, 平原区较大, 尤其是平原区浅层地下水呈现出强烈的蒸发浓缩作用; 水化学特征表现为自西部山区到山前平原至滨海平原, 自浅层到深层, 地下水的矿化度逐渐升高; 平原区浅层和深层地下水含水层之间存在明显的越流补给现象; 沿海地区未发现海水入侵现象。     

台风“麦德姆”福州降水δ18O特征及水汽来源分析

大气降水的氢氧同位素不仅在长时间尺度和短时间尺度上对气候环境有一定的响应,而且在极端天气事件中也响应强烈。论文基于2014年7月23—24日10号台风麦德姆登陆前后福州降水的氢氧稳定同位素分析,发现台风麦德姆降水的δ¹⁸O变化范围为-7.2‰~-15.4‰,整个降雨过程分为3个阶段：阶段1（23日3：00至23日12：00）,雨水δ¹⁸O相对偏正（加权平均值为-7.8‰）,降水开始增加,主要受台风外围环流的影响;阶段2（23日12：00至24日8：00）,雨水δ¹⁸O显著偏负（加权平均值为-13.9‰）,采样点降水量达134.8 mm,约占观测时段降水量的78%,降雨量效应明显,主要受台风云雨区影响;阶段3（24日8：00至24日17：00）,雨水δ¹⁸O偏正（加权平均值为-9.2‰）,降水减少,台风远离福州。通过降水δ¹⁸O的阶段性特征以及过量氘,结合水汽输送通量与HYSPLIT-4模拟水汽轨迹分析,确定此次降水的水汽源主要来自西北太平洋水汽通道与孟加拉湾和南海水汽通道。     

基于δ15N和δ18O的农业区地下河硝酸盐污染来源

为研究岩溶区农业活动为主导的地下河流域硝酸盐污染来源,于2017年5～10月每24 d左右对重庆青木关流域6个采样点进行监测,利用¹⁵N和¹⁸O同位素技术对示踪硝酸盐来源进行解译,应用IsoSource模型计算出不同端元硝酸盐的贡献率.结果表明:（1）青木关农业区地下河系统存在较大的硝酸盐污染风险,大部分采样点出现不同程度NO₃^--N浓度超标现象.（2）空间上,青木关地下河中NO₃^--N浓度整体呈现由上游向下游升高的趋势.时间上,上游鱼塘和岩口落水洞以及下游姜家泉样点NO₃^--N浓度在5～6月因受农业施肥的影响,均呈上升趋势,6～9月受降水影响而出现不同程度升高或降低,9月之后随着农业活动减少而逐渐降低;中游土壤点NO₃^--N浓度保持较高值;中下游大鹿池NO₃^--N浓度较低且变幅不大.（3）通过硝酸盐¹⁵N和¹⁸O同位素分析,表明上游鱼塘和岩口落水洞的硝酸盐源于土壤有机氮、动物粪便及污废水混合;中游土壤点硝酸盐源于土壤有机氮、降水和肥料中NH₄⁺;中下游大鹿池中硝酸盐来源于动物粪便及污废水、土壤有机氮、降水和肥料中NH₄⁺的混合作用.地下河出口处姜家泉硝酸盐污染严重,其源于土壤有机氮、降水和肥料中NH₄⁺、动物粪便及污废水、大气沉降的综合作用.（4）基于IsoSource模型对地下河出口处硝酸盐来源进行定量分析,发现动物粪便及污废水贡献率占46.4%,土壤有机氮占32.6%,降水与肥料中NH₄⁺占18.6%,大气沉降仅占2.4%.     

漓江流域桂林市区段有机磷农药和磺胺类抗生素的复合污染及其生态风险

为研究漓江流域桂林市区段的有机磷农药(OPs)和磺胺类抗生素(SAs)残留量和生态风险,在平水期、枯水期和丰水期采集流域水样,采用超高效液相色谱三重四级杆质谱联用仪对水样中目标污染物进行分析. 结果表明:①漓江流域桂林市区段水体检出敌百虫(TRC)、毒死蜱(CHP)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺二甲嘧啶(SM2)和磺胺甲恶唑(SMZ),浓度分别为nd~17.2、nd~2.32、0.05~20.6、0.07~15.37和0.87~17.48 ng/L (nd为未检出). ②SAs和OPs残留量随时间呈规律性变化,SAs浓度表现为丰水期>平水期>枯水期,OPs浓度表现为枯水期>平水期>丰水期. ③使用蛋白核小球藻对单一及其混合物进行毒性试验,得出OPs和SAs五元混合物对蛋白核小球藻的联合毒性在低于5%和19%~21%效应范围内呈现加和作用,5%~19%效应范围呈现协同作用,21%~26%效应范围内呈现拮抗作用,混合物在环境中检出最高浓度时对蛋白核小球藻的毒性产生加和作用. ④基于整体混合物风险熵的风险评估结果,漓江流域桂林市区段OPs和SAs混合污染对蛋白核小球藻产生中等生态风险;而基于单一污染物风险熵计算的混合物风险熵结果,OPs和SAs混合污染对蛋白核小球藻无生态风险,低估了混合污染物实际风险. 研究显示,不同方式获得的污染物预测无效应浓度对风险评估结果产生明显差异.      

A2O工艺和A2O+BCO工艺的脱氮除磷性能比较

以实际低C/N生活污水为研究对象,依次分别采用A²O工艺和A²O+BCO（生物接触氧化）工艺考察系统的脱氮除磷性能.试验在进水负荷和运行参数基本维持不变的情况下运行134d.结果表明,相对于A²O系统,A²O+BCO系统由于采用双污泥工艺,硝化菌和聚磷菌（PAOs）污泥龄分离,同时反硝化除磷\"一碳两用\",碳源利用率更高,TN和TP去除率分别提高了18%和28%.其次FISH试验表明,在稳定运行的A²O+BCO工艺中,PAOs比例为22%,远远超过A²O中7%的比例,从微生物角度证明了脱氮除磷效果好的原因.     

岩溶流域洪水过程水化学动态变化及影响因素

岩溶流域河流水化学对暴雨/洪水过程有着快速响应,是岩溶碳循环的重要过程,不应忽视.本文通过2015年11月8～12日阳朔断面洪水过程水化学特征的动态监测,分析了各主要离子变化特征和影响因素,计算不同来源无机碳浓度和通量.结果表明,阳朔断面洪水过程各阶段水化学类型为Ca-HCO_3型.水化学离子主要源自碳酸盐岩风化,同时有硅酸盐岩风化、降雨及人类活动的贡献.洪水过程中,受控于水文过程,碳酸盐岩风化强度先急剧减弱后缓慢加强,HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)的浓度也呈现一致的变化趋势.而SO_4~(2-)、Cl~-、Na~+和K~+动态变化主要受大气降水和人类活动的影响.碳酸风化碳酸盐岩是无机碳的主要来源,平均占总无机碳74. 3%;因硫酸/硝酸的输入,硫酸/硝酸风化碳酸盐岩在洪水过程中对无机碳的贡献明显增加,最高可达31. 7%.阳朔断面地质碳汇通量在洪水前、第一次洪水过程和第二次洪水过程分别为1. 28×10~8、5. 28×10~8和11. 52×10~8g·d~(-1).洪水前地质碳汇通量与年平均通量相当,而洪水过程数倍于年平均通量.并且,因两次洪水过程碳酸盐岩风化强度存在显著差异,第一次洪水过程地质碳汇通量在相同流量情况下仅为第二次洪水过程的58%.     

漓江流域典型岩溶生态系统的自然特征差异

对漓江流域两种典型岩溶生态系统---典型峰林平原与典型峰丛洼地的自然特征研究对比表明,两者的差异集中体现在岩溶形态(包括石峰与洞穴)、地势分布、水文网、土壤与植被、洪水灾害与系统输入输出功能等方面,其中岩溶形态、地势分布、可开发利用的水资源与土地资源是两种系统存在显著差异的关键因素。典型峰林平原地势平坦开阔,外源水来源丰富,地下水分布均匀,土层成因多、分布广,具有城市发展、人群集聚的良好基础条件,但洪水灾害、枯季缺水、地面塌陷是影响社会发展的自然环境问题;典型峰丛洼地山地多,地势高,缺乏外源水,地下水埋藏深,土地资源贫乏,导致生境条件恶劣,不适于人群集聚,自然村落发展条件处于明显劣势。     

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.     

青藏高原北部土壤正构烷烃氢同位素及物源意义

采用正构烷烃及其单体氢同位素组成特征相结合的方法研究了青藏高原北部多年冻土区表层土壤正构烷烃（C₂₁~C₃₃）的生物来源.研究表明：表层土壤中正构烷烃呈双峰型和三峰型的分布特征,表明其具有多个生物来源.长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）主要来源于陆源高等植物.表层土壤中长链长正构烷烃（C₂₅~C₃₃）中奇碳数正构烷烃的δD值比偶碳数的整体偏轻,原因可能是两者的生物合成途径不同.对中等链长正构烷烃聚类分析后分为两种类型,类型I的中等链长正构烷烃（C₂₁~C₂₄）主要来源于陆源高等植物,类型Ⅱ的中等链长正构烷烃主要来源于细菌等微生物降解的产物.表层土壤样品（FHS-10、TG2-10和TG3-10）中等链长的正构烷烃δD值最轻,应为δD值偏轻的水源和细菌等微生物降解共同作用的结果.     

黄河流域近40年蒸发皿蒸发量的气候变化特征

利用黄河流域及其周边123个气象站1961～2000年20cm口径蒸发皿资料,分析了黄河流域蒸发皿蒸发量的气候变化趋势。结果表明,就整个流域平均而言,尽管在1960～2000年期间,黄河流域年平均温度升高了0.6℃,但蒸发皿蒸发量却呈明显下降趋势,黄河流域年蒸发皿蒸发量在20世纪80～90年代较60～70年代下降了136mm,下降幅度为7.5%;蒸发皿蒸发量的下降主要表现在夏季和春季,秋季和冬季不明显。对蒸发皿蒸发量气候变化的空间分析表明,局部区域与整个流域的气候变化趋势并不完全同步,黄河流域上游和下游蒸发皿蒸发量呈下降趋势,中游呈持平并略有上升趋势。     

我国南部夏季季风降水水汽来源的稳定同位素证据

我国南部地区夏季降水多受季风影响。不同的季风将来自不同通道的水汽带入我国境内,控制降水的时空分布。论文利用CHNIP(中国大气降水同位素网络)中位于南部地区的观测站点,在2005年7月间,收集了月大气降水样及同步观测的气象数据。分析表明,降水中稳定氢氧同位素的空间分布可以很好地示踪和反演该地区夏季季风降水的3个主要水汽来源以及传输路径--体现南亚季风的西南水汽通道、体现南海季风的南海水汽通道及体现副热带季风的东南水汽通道。得到的大气降水线方程:δD=5.15δ¹⁸O-15.5反映了我国南部地区的降水过程历经了一定的蒸发。对δ¹⁸O与各环境因子的关系进行探讨时发现,δ¹⁸O与降雨量和高程存在对数关系,而与温度和相对湿度间存在显著的二次函数关系。综合考虑各环境因子对δ¹⁸O的影响,给出多元线性回归方程:δ¹⁸O(‰)=0.007H(m)+1.47T(℃)-0.02P(mm)+0.24RH(%)-66.3。     

基于双层模型的沙河流域蒸散发定量遥感估算

论文以北京市沙河流域为研究区,选择1999-2007年不同季节典型日的TM/ETM+数据,辅助相关气象观测资料,以地表蒸散发遥感反演双层模型为基础,构建了估算沙河流域地表日蒸散发反演系统。该系统包括三部分:基于双层模型的蒸发比估算;日净辐射总量估算;基于蒸发比不变法的日蒸散发估算。模拟的典型日序列中,春季晴日流域日均蒸散发约为2.28 mm、夏季2.97 mm、秋季1.59 mm、冬季0.5 mm;以林地为主的流域上游山区日蒸散发普遍高于以居民地和农田为主的下游平原区,上下游春、秋、冬季空间差别较大,夏季较小。估算结果与贾贞贞等、徐自为等利用大孔径闪烁仪和涡动相关仪的观测值对比,相对误差介于0到16%之间,平均相对误差为11.1%,均方差为0.77 mm,精度较高。     

漓江段地表水体旱季硝酸盐动态变化特征及其来源

2016年9月28日至12月28日期间对漓江段13个断面地表水进行取样,取样频率为半月1次,分析硝酸盐在旱季期间漓江段的时空变化特征,并利用¹⁵ N和¹⁸ O同位素技术分析漓江段硝酸盐的来源.结果表明：①漓江水体中硝酸盐浓度范围为0.46~18.48 mg·L^-1,平均值为6.18 mg·L^-1,对比中国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中规定的硝酸盐浓度（10 mg·L^-1）,旱季漓江水体中硝酸盐污染程度处于较低水平.②9~12月期间漓江各断面处硝酸盐浓度呈现缓慢递增趋势,主要受旱季降雨量、径流量及人类活动强度而变化;硝酸盐浓度自漓江上游至下游表现出\"增-减-增\"的变化趋势,主要是污染物逐段汇入且汇入量不断增加的结果.③旱季漓江水体中硝酸盐的主要来源为土壤有机氮、人畜粪便和污水排放的混合源,主要来源于居民生活污水、人畜粪便等.④为了更好地保护漓江水质,建议加大城市排污管网的建设、修建小型污水处理设施、提高污水处理率及污水排放标准,加强旅游环境管理和环境保护宣传,提高游客环境保护意识.     

西北干旱区典型流域生态系统服务价值变化

论文选择西北干旱区塔里木河流域、玛纳斯河流域、石羊河流域以及黑河流域4个典型流域为研究对象,以1994年土地利用分类图、TM影像,2005年CBERS影像数据为基础,参照谢高地等提出的\"中国生态系统服务价值当量因子表\",在对这4个典型流域生态系统服务价格根据其消费指数以及不变价格订正的基础上,逐项估计了这4个流域农田、森林、草地以及水体生态系统各项生态系统面积、服务价值及其变化。结果表明,这4个流域提供环境保护的支撑生态系统(森林、草地、水体)面积2005年普遍小于1994年,而农田生态系统面积增加显著,并且相对于较大面积的内陆河流域,小流域内各类型生态系统面积变动比较大,变动速度相对较快;塔里木河流域生态系统服务价值最大,具有较高的稀缺性,但黑河流域生态系统服务价值的增加幅度最大,这两个流域相比,黑河流域各生态系统的服务功能对于该区域人们的生活生产更为重要,影响更直接;塔里木河流域农田生态系统面积增加幅度最大,但其区域内人们对农田生态系统服务价值支付意愿的增长速度却保持最低,这说明该区域内部人们对这种生态系统服务功能的支付意愿与其资源丰富程度并不对称,需要加强宣传水土安全保护与生态经济发展的观念。