重庆地区大气场降水中氢氧同位素变化特征及与大气环流的关系

根据2015年4~10月重庆地区61场降水稳定同位素资料与相关气象资料,分析了不同时间尺度下重庆大气降水中氢氧同位素(δD、δ~(18)O)、过量氘(d)的变化特征以及它们与降水量、温度及厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动(ENSO)的关系.结果表明:1研究区大气降水线方程为:δD=8.28δ~(18)O+12.34(r=0.99,n=61),其斜率和截距与中国东部季风区的多处南方地区大气降水线方程的斜率和截距相似.2研究区大气降水中氢氧同位素和d均出现夏半年低、冬半年高的季节变化,影响重庆降水中氢氧同位素变化的主要原因为不同季节降水的水汽来源及气团性质的差异.3监测时段内研究区大气降水中δ~(18)O与温度、降水量相关性不显著(r=0.03;r=0.12),但却敏感响应了大气环流过程,表现出与ENSO正相关.大气降水中δ~(18)O和过量氘(d)清晰记录了2014~2015年LaNia和ElNio的转换过程.ElNio期间研究区域大气降水中δ~(18)O和d明显偏重;而在LaNia期间,δ~(18)O和d偏轻.     

河南鸡冠洞洞穴水对极端气候的响应及其控制因素研究

为揭示洞穴水地球化学动态的变化特征及其控制因素,从2009年10月至2013年12月对黄土高原东南缘河南西部栾川县鸡冠洞洞穴水的水化学指标进行了4个完整水文年的动态监测.结果表明:1鸡冠洞洞穴水的化学类型主要是HCO-3-Ca2+-Mg2+和HCO-3-Mg2+-Ca2+型,阴离子中HCO-3占80%以上,阳离子中Ca2+、Mg2+是优势离子,地下河常年处于溶蚀状态,池水、滴水处于沉积状态.2鸡冠洞洞穴滴水、池水可以很好地响应外部气候环境的变化,其地球化学指标具有显著的季节效应.3Ca2+、Mg2+、SO2-4能够敏感地响应极端气候事件引起的年际降水量变化,Ca2+、Mg2+、SO2-4浓度洪涝年升高,干旱年降低.HCO-3主要受CO2浓度控制,对极端气候事件响应不明显.4鸡冠洞地下河中Ca2+、Mg2+、HCO-3、SO2-4浓度波动幅度较小,且无明显的季节变化规律.对2010年和2013年的极端降水事件响应不明显.     

上海降水中氢氧同位素特征及与ENSO的关系

基于收集2014年8月至2015年8月上海70个降水样品,分析上海降水同位素特征与温度、降水量的相关关系,分析不同时间尺度下降水中δ~(18)O、氘盈余与ENSO事件的联系.结果表明上海地区大气降水中δD与δ~(18)O冬春较高,夏秋较低.上海大气降水线方程截距和斜率比全球降水线方程偏小,可能是因为降水过程中受到不平衡的二次蒸发.在不同的时间尺度下,上海地区降水中δ~(18)O与气温和降水量具有不同的相关关系,冬季存在着较弱的温度效应,而全年呈现出较显著的降水量效应,受大气环流过程影响明显.取样期间,降水中δ~(18)O与d值(过量氘)清晰记录了La Ni1a向El Ni1o之间的过渡,拉尼娜期间,降水中δ~(18)O与d值偏负;El Ni1o期间,δ~(18)O与d值偏正.     

ENSO事件对上海降水中氢氧同位素变化的影响

根据2012年1月至2017年2月上海206个降水样品实测数据,结合全球大气降水同位素网络(GNIP)提供的南京、武汉、福州、香港1961~2012年大气降水同位素数据分析不同强弱程度的ENSO事件对降水中同位素组成影响的差异性.研究时段内上海降水中δD与δ~(18)O夏秋为低值,冬春为高值.El Nino事件期间大气降水线的斜率与截距均大于非El Nino事件期间,La Nina事件期间反温度效应、降水量效应、水汽压效应较非La Nina事件期间显著.不同强弱程度的El Nino和La Nina事件影响下的上海降水中δ~(18)O、d值与海洋尼诺指数(ONI)、海表温度距平值(SSTA)、ONI极值、累积值ΣONI这4个指数具有明显的负相关关系,并且降水中δ~(18)O与ONI、SSTA两个指数相关性大小受ENSO事件的影响较大.     

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.     

鸡冠洞CO2和222Rn变化特征以及与旅游活动关系研究

洞穴空气CO_2和~(222)Rn是岩溶洞穴中重要的小气候参数,理解影响洞穴空气CO_2和~(222)Rn浓度的时空变化特征及控制因素,对合理开发洞穴旅游资源有一定现实意义。本文通过2011年12月至2019年4月对我国南北气候过渡带附近河南省栾川县鸡冠洞空气CO_2和~(222)Rn浓度的多时空尺度的变化特征进行监测研究,主要得到以下结论:(1)在空间变化上,洞穴空气中的CO_2和~(222)Rn浓度主要受洞穴结构和通风效应的影响。越往洞内,CO_2和~(222)Rn浓度越大。(2)洞穴空气中的CO_2和~(222)Rn浓度季节变化特征明显,雨季上升,旱季下降,都受洞外水热环境的影响。鸡冠洞CO_2浓度变化范围为307～4 678 mg/L,受游客旅游活动的影响较为显著,空气~(222)Rn浓度变化范围为33. 0～2 421. 2 Bq/m~3,主要受洞穴结构和通风作用的影响。(3)在昼夜尺度的变化上,洞穴空气CO_2白天上升,夜间下降,主要受旅游活动的影响。空气中的~(222)Rn浓度与旅游活动的关系不明显。(4)鸡冠洞內吸入氡子体所导致的內照射人均年有效剂量为29. 6 mSv/a,虽然氡子体对一般游客产生危害较小,但年累积量需考虑,尤其是鸡冠洞内一线导游的核辐射安全防护。     

河南马沟洞石笋记录的早中全新世气候和环境变化

基于河南省禹州市马沟洞2支石笋(MG-1与MG-40)24个~(230)Th年龄和1988个氧同位素数据,建立了研究区13.1—4.9 ka BP分辨率为2—14 a的石笋氧同位素时间序列。马沟洞石笋δ~(18)O的时间序列揭示季风降水在11.2—9.1 ka BP时段在波动中逐渐增加,9.1—4.9 ka BP季风降水显著波动但无明显长期趋势变化。YD事件、9.3 ka事件、8.2 ka事件记录与其他石笋δ~(18)O记录的一致性揭示末次冰消期—早全新世百年—千年尺度气候突变事件的大范围存在和共同的驱动因子。马沟洞全新世大暖期的δ~(18)O记录中检测出的13个数十年尺度的弱季风事件进一步证实全新世大暖期气候的不稳定性。与大气⊿~(14)C记录、NGRIP冰芯δ~(18)O记录的对比及周期分析揭示,太阳活动引起的太阳辐射变化和北半球高纬气候状况共同影响着亚洲季风的变化,ENSO活动及气候系统内部的相互作用也对东亚夏季风降水产生重要的影响。     

河南鸡冠洞CO2季节和昼夜变化特征及影响因子比较

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素,进行洞穴空气CO_2变化的机制研究对于理解岩溶作用发生规律和现代洞穴合理保护具有重要意义.本文基于对我国南北地理分界区域河南西部鸡冠洞2011年12月至2016年5月近5年连续洞穴CO_2、水文地球化学指标、洞内外温度及湿度、大气降水和游客量等数据监测,并结合2016年5月19~20日洞穴CO_2等指标的昼夜的系统监测,分析了鸡冠洞洞穴空气CO_2时空变化特征和昼夜变化特征及其影响因素,结果表明:1在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气p CO_2越低,越接近大气的p CO_2;洞穴结构及外界环境变化尤其是气候变化导致的土壤中p CO_2变化也会对鸡冠洞空气p CO_2变化产生影响.2在长时间尺度,鸡冠洞洞穴空气p CO_2夏季明显高于冬季,对比分析发现旅游活动和岩溶作用是其主要的影响因子.3在短时间尺度上(昼夜变化),鸡冠洞洞穴空气p CO_2变化主要受旅游活动的影响,建议景区在进行旅游开发的时候要考虑高峰期游客人数对CO_2的影响及岩溶景观的合理保护.     

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。     

成都次降水稳定氢氧同位素特征及水汽来源分析

基于对成都地区2016年9月至2017年10月采集的113场次降水样品氢氧同位素的分析,发现大气次降水中δD、δ~(18)O、~(17)O、d-excess和~(17)O-excess有显著的季节性变化,旱季高雨季低,反映了该地区旱、雨两季水汽来源不同;地区大气降水线斜率和截距都偏小,表明成都降水来源于具有不同稳定同位素比率的源地,且雨滴在降落过程中发生了二次蒸发;三氧同位素大气降水线(δ'~(17)O=0. 528 9δ'~(18)O+0. 007 5)斜率介于海洋气团(0. 529)与干空气(0. 518)之间,表明成都地区处于海洋气团向内陆迁移的路径上; d值接近全球平均值,而~(17)O-excess值远较海水大,表明成都的水汽来源由海洋气团主导,且到达该地区的过程中同位素经历了严重的富集; d-excess在旱季出现的极低值可能是受到了人工降雨的影响,~(17)O-excess除了与水汽源地的相对湿度有关外,还会受到上游气团对流作用的影响,此外,成都当地的气象因素对不同季节次降水的~(17)O-excess值有不同程度的影响.     

岩溶关键带微量元素运移的时空变化:以豫西鸡冠洞为例

为探索岩溶关键带元素运移时空变化特征及过程,自2009年10月至2015年5月对我国北方典型岩溶关键带——河南西部鸡冠洞相互作用带中各组分(大气降水、土壤、基岩、洞穴滴水、洞穴现代沉积物)进行了连续定点监测及取样分析,共获得650个实验数据.对比了Ca、Mg、Ba、Sr、δ~(13)C及元素比值在不同组分中的变化情况及运移规律.结果表明:(1)土壤与基岩是滴水的主要物质来源,Mg、Ba、Sr符合"土壤-基岩"二元物源模型,但各自所占比例并不相同.(2)在空间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移相互联系.滴水继承了土壤及基岩的信号,现代沉积物又能延续滴水各元素的信息.元素在土壤纵剖面中表现出了明显的淋溶和淀积作用,最下层土壤较好地继承了基岩中微量元素的信息.(3)在时间上,洞穴系统相互作用带中各元素迁移复杂多变.土壤及滴水受降水淋滤作用影响皆表现明显的季节差异,然在岩溶水运移路径、PCP作用、极端干旱和年降水雨型的影响下,滴水元素浓度旱、雨季差异明显较土壤小.而PCP作用及元素选择性淋滤等因素又改变了沉积物中元素对滴水元素的延续特性.     

藏南干旱区湖泊及地热水体氢氧同位素研究

青藏高原水循环过程情况复杂,水体氢氧同位素包含了其重要信息.选取西藏南部干旱区淡水湖、咸水湖及地热水水体为研究对象,分析研究区内不同水体氢氧同位素组成、变化特征、影响因素及水循环过程.结果表明,3种水体均表现出了高海拔地区氢氧同位素组成偏负的特点,淡水湖打加芒错δ18O平均值为-17.0‰,δD平均值为-138.6‰,咸水湖朗错δ18O平均值为-6.4‰,δD平均值为-87.4‰,搭格架地热区热水δ18O平均值为-19.2‰,δD平均值为-158.2‰;受内陆干旱区强烈的蒸发作用影响,湖泊及地热水蒸发线斜率均小于8,氘过量d值均为负值;搭格架地热区热储温度较高,氢氧同位素关系存在氧漂移现象.     

元阳梯田水源区土壤水氢氧同位素特征

稳定同位素技术为土壤水的运移研究提供了一种全新的研究手段.通过对元阳梯田水源区降水及其4种典型植被类型(乔木林、灌木林、荒草地和无林地)下0~100 cm剖面土壤水进行采样和氢氧稳定同位素的分析测定,研究了该区不同深度层次上土壤水的稳定同位素特征.结果表明,元阳梯田水源区的大气降水线方程为δD=6.838 4δ18O-5.692 1(R2=0.878 7,n=20),其斜率和截距均小于全球大气降水线.4种典型植被类型下的土壤水氢氧稳定同位素值均落于当地大气降水线下侧,且其表层土壤剖面上的同位素值波动变化幅度较大.随着土层深度的增加,δ18O值的波动变化越来越小,尤其以80~100 cm土层体现的最为明显.乔木林和荒草地两种林分类型整体上深层土壤水中的δ18O值要偏高于表层土壤,而灌木林和无林地则恰恰相反.     

河网水源生态湿地水氢氧同位素分异特征

为揭示河网水源生态湿地中水力流程沿途和植物床-沟壕系统内部水同位素分异特征,于2019年8月夏季湿雨期,沿水力流程梯度采集嘉兴市石臼漾湿地、贯泾港湿地、海宁市长水塘湿地和泰山港湿地这4个根孔型水源生态湿地上层水样,于2020年1月冬季干冷期采集泰山港湿地植物床-沟壕系统内部沟壕上层水样和植物床潜水样品.测定氘(δD)和...     

黄土丘陵区不同水体中氢氧同位素特征及相互关系

为了研究典型黄土丘陵区不同水体氢氧同位素特征及水体间补给转化关系,合理利用干旱半干旱区水资源,通过野外采集2019年6月至11月延安市安塞墩山周围降水、河水、地下水和土壤水样品,运用同位素示踪技术,结合混合模型探索研究区不同水体氢氧同位素特征及水循环转化关系.结果表明:河水、地下水较土壤水富集氢氧同位素;各水体D和18...     

豫西鸡冠洞不同尺度滴水水化学分析及对区域极端干旱的响应

论文对自2009年10月到2015年12月豫西鸡冠洞两处滴水：鲤鱼戏水（LYXS）和天宫冰灯（TGBD）进行了连续定点监测及取样分析,并结合2015年8月4—6日对其进行的暴雨监测,从不同时间尺度上分析了滴水的滴速、pH值、HCO^-₃、电导率、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、元素比值等指标的变化特征及其与降水的关系。结果表明：1）年际尺度上,鸡冠洞滴水的水化学特征响应ENSO循环引起的多雨年与干旱年降水的变化,其主要受控于土壤CO₂的溶解、上覆物质的淋滤、先期沉积作用（PCP）的强弱;2）季节尺度上,滴水受岩溶水运移路径、淋滤作用、水-岩反应时间及先期沉积作用等因素综合影响表现出明显的季节变化特征;3）在单场降雨尺度上,滴水的水化学特征都不同程度表现出随滴率的变化而变化的趋势,主要受到岩溶水的运移路径、活塞效应、稀释作用等因素影响,而与水-岩反应时间关系不大;4）受到2013年区域极端干旱后“老水”的滞留与2014年新降水的稀释作用影响,其滴水水化学指标的极端值出现在降水量有所回升的2014年。     

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。     

柴达木盆地东部降水氢氧同位素特征与水汽来源

稳定性氢氧同位素可以作为示踪剂来判断大气降水的水汽来源.本研究选择柴达木盆地南部的格尔木和东北部的德令哈两个区域,在分析这两个地区2010年6~9月降水同位素组成特征、时间变化以及降水中δD与δ18O关系的基础上,探讨柴达木盆地降水的水汽来源.结果表明:1格尔木和德令哈地区6~9月大气降水线分别为,格尔木:δD=7.840δ18O-4.566(R2=0.918,P0.001),德令哈:δD=7.833δ18O+8.606(R2=0.986,P0.001).两地区6~9月大气降水线的斜率和截距均低于全球大气降水线,而格尔木地区的截距仅为-4.566,反映出格尔木极其干旱的气候特点.2格尔木降水的δ18O在7月初较高,表现出一定的重同位素富集;在7月中下旬至9月初,δ18O较低;9月中下旬更低.德令哈降水的δ18O在6~8月相对较高,9月中下旬较低.3格尔木和德令哈地区水汽来源有一定的差异,格尔木地区可能是西南季风能够到达青藏高原的北部边界,德令哈地区水汽来源主要为局地蒸发.