长沙地区近地面水汽中氢氧稳定同位素的变化特征

基于在长沙地区2014年10月—2015年10月监测的近地面水汽中氢氧稳定同位素组成(δv)及相关气象要素,对水汽中氢氧稳定同位素的变化特征、影响因素及与降水中稳定同位素(δp)的相互关系进行了分析.结果表明:大气水汽中氢氧稳定同位素存在显著的季节变化和日变化,冬、春季值高于夏、秋季值,夜晚值高于白天值.δv~(18)O的季节变化与大尺度水汽输送的季节性变化有关,日变化则与地表蒸散发、大气湍流等局地气象条件有关.通过对δv~(18)O的平衡模拟发现,水汽中和降水中稳定同位素在暖季处于或接近平衡状态,在冷季处于非平衡状态.不同季节的大气水汽线和大气水线具有一定程度的相似性,两者的斜率均为暖季大于冷季;受下垫面新降水蒸发的影响,降水日大气水汽线的斜率和截距相对于无降水日均有增加,暖季分别增加0.11和3.52‰,冷季分别增加0.07和0.14‰.     

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。     

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.     

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.     

基于同位素证据的夏季风水汽影响区域分界

以影响我国大陆干湿状况的孟加拉湾和南海两股水汽的疑似交界影响区域之一的云南省、广西壮族自治区为研究区,借助稳定性同位素质谱仪MAT253测定2014年16个点、239个有效样本的雨季大气降水的氢氧稳定同位素组成,完成了基于GIS平台的δD、δ18O空间格局分析,实现了中国夏季风西南水汽和东南水汽的交互区域界定。主要研究结果有三点:(1)2014年雨季及6月中下旬一次降水过程δD和δ18O空间变化格局基本一致,因为夏季风大气降水δD和δ18O均沿水汽输送路径不断衰减;(2)大气降水氢氧稳定同位素空间分布主要受降雨量效应和大陆效应的影响,哀牢山高大地形阻隔及云南高原正地形水汽截留作用可能是其数值发生突变的主要原因;(3)2014年夏季的西南水汽在越过哀牢山后与东南水汽在红河、个旧、蒙自附近交互影响使δD和δ18O发生显著变化,6月中下旬一次降水过程中的氢氧同位素数值在红河、个旧附近达到最低,两者互为验证红河、个旧应该是西南水汽和东南水汽影响区域分界。     

滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源

大气降水中δD、δ~(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,并利用HYSPLIT_4.8后向轨迹追踪模型,分析了天气尺度下蒙自地区大气降水中δD、δ~(18)O的变化特征,探究了降水稳定同位素与温度、降水量、风速及水汽来源之间的关系.结果表明,蒙自地区降水中δD、δ~(18)O值表现出明显的季节变化,即干季偏高,湿季偏低;降水中δ~(18)O与温度、降水量之间存在显著负相关,但与不同气压层(300、500、700、800 h Pa)风速之间呈现出显著正相关,表明风速也是影响降水中δ~(18)O变化的一个重要因素;随着降雨等级的增加,其大气水线的斜率与截距也增大,说明降水稳定同位素存在一定程度的云底二次蒸发效应;水汽输送轨迹显示,干季降水的水汽主要来自于西风带输送及局地再蒸发水汽,而湿季降水的水汽主要来源于远源海洋水汽的输送,并且在受台风影响期间,降水中δD、δ~(18)O值更加偏负.     

广州大气降水中稳定同位素对2008年初华南地区冰雪灾害期间水汽来源的反映

以5～30 min的时间间隔,收集、分析了2007年4月～2008年6月期间广州市各单次大气降水样品中稳定同位素数据.选取2008年初中国南方冰雪灾害期间(2008年1月10日～2月2日)五场大气降水,分析了极端天气条件下降水中稳定同位素的变化特征及其影响因素.研究发现,在2008年初冰雪灾害期间,广州市大气降水中的δD、δ18O及d-excess发生了明显的下降;d-excess及大气降水线分析指示在此次冰灾过程中水汽来源发生了异常;气团轨迹追踪显示冰灾最盛期降水水汽为内陆和海洋的混合水汽,且远距离的海洋水汽输送占主导.冰雪灾害历次单次降水过程中稳定同位素呈现3种不同的变化形态,即上升型、V型和W型,这些变化可能与水汽来源及降水形成条件导致的再蒸发、再凝结作用及降雨类型有关.     

粤西云浮市大气降水δ18O与水汽来源的关系

2005-04-05～2006-04-01期间在粤西云浮市采集了59次具有显著天气过程的大气降水样品, 并进行了稳定氧同位素测试, 结果显示此期间云浮市大气降水中δ¹⁸O值波动于-12.47‰～-0.18‰之间, 平均值为-4.91‰; 夏秋季(5～9月)的δ¹⁸O值相对偏低, 多数在-10.00‰～-5.00‰, 平均-6.30‰; 冬春季(11月～次年4月)的δ¹⁸O值相对偏高, 多数在-3.00‰～-1.00‰, 平均-2.20‰. 这些δ¹⁸O值与它们相应的气温、水汽压(e)呈较为显著负相关, 相关系数(R)均达-0.60, 而与降水量的负相关性较差, 相关系数(R)为-0.33. 与大致同时期的广州降水中δ¹⁸O月平均值相比, 云浮降水中δ¹⁸O呈相对低值, 可能与云浮市受到了较强的西南季风叠加影响有关. 后推气流轨迹的结果表明, 这些大气降水δ¹⁸O值在前汛期(4～6月)、后汛期(7～9月)和非汛期(10月～次年4月)中的变化很大程度上受不同水汽来源决定, 表明降水δ¹⁸O值在一定程度上具有指示水汽来源的作用: δ¹⁸O值偏高的大气降水其水汽可能主要来源于西太平洋的副热带海区(包括我国南海海域)的变性热带太平洋暖气团; 而δ¹⁸O值偏低的大气降水其水汽则来源于印度洋和孟加拉湾的变性热带海洋气团.     

粤西云浮市大气降水δ~(18)O与水汽来源的关系

2005-04-05～2006-04-01期间在粤西云浮市采集了59次具有显著天气过程的大气降水样品, 并进行了稳定氧同位素测试, 结果显示此期间云浮市大气降水中δ18O值波动于-12.47‰～-0.18‰之间, 平均值为-4.91‰; 夏秋季(5～9月)的δ18O值相对偏低, 多数在-10.00‰～-5.00‰, 平均-6.30‰; 冬春季(11月～次年4月)的δ18O值相对偏高, 多数在-3.00‰～-1.00‰, 平均-2.20‰. 这些δ18O值与它们相应的气温、水汽压(e)呈较为显著负相关, 相关系数(R)均达-0.60, 而与降水量的负相关性较差, 相关系数(R)为-0.33. 与大致同时期的广州降水中δ18O月平均值相比, 云浮降水中δ18O呈相对低值, 可能与云浮市受到了较强的西南季风叠加影响有关. 后推气流轨迹的结果表明, 这些大气降水δ18O值在前汛期(4～6月)、后汛期(7～9月)和非汛期(10月～次年4月)中的变化很大程度上受不同水汽来源决定, 表明降水δ18O值在一定程度上具有指示水汽来源的作用: δ18O值偏高的大气降水其水汽可能主要来源于西太平洋的副热带海区(包括我国南海海域)的变性热带太平洋暖气团; 而δ18O值偏低的大气降水其水汽则来源于印度洋和孟加拉湾的变性热带海洋气团.     

上海地区大气水汽氢氧同位素特征及其环境意义

大气水汽作为降水的前体物质,对降水同位素有直接的影响,且水汽同位素研究相对于降水有其独特的优势,因此研究大气水汽的同位素组成对分析本地水汽来源及本地蒸发贡献具有重要的意义.本研究使用低温冷阱法,采集了上海地区2019年冬、春、夏三季的大气水汽,并对水汽氢氧同位素进行测试,分析了D、18O和17O的分布特征,并探讨了环境因素与同位素值的关系.结果表明:上海地区大气水汽氢氧同位素值的季节变化小于降水氢氧同位素;水汽同位素值在冬、春季节与绝对湿度的相关性较好,而在夏季不明显;水汽同位素中δ18O和δD拟合曲线斜率与截距,依次为冬季<春季<夏季,水汽氘盈余(d)值明显高于降水d值,且与相对湿度负相关,相关性冬高夏低;δ18O和δ17O基本符合质量分馏效应,但在冬季略有异常;δD实测值与平衡分馏理论值的差异不大,δ18O的实测值小于理论值,d值实测值明显大于理论值且二者差值与相对湿度有一定的负相关关系.上海地区冬季水汽来源以本地蒸发为主,而夏季受东南及西南季风影响,水汽主要来自海洋输送.     

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

依据全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中我国东北地区的月大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象资料,分析了该地区大气降水稳定同位素时空分布特征及其影响因子,并建立了局地大气水线方程.结果表明,东北地区大气降水中δ18O值总体上较低,在时间变化上,表现为冬低夏高;从空间分布来看,由南至北加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度线性关系显著,而与降水量则不存在线性关系,利用降水δ18O与温度、降水量、高程、经度和纬度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;采用HYSPLIT 4.9模型对GNIP观测点水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,该区全年有两条水汽路径,分别为西风带输送的大西洋、极地北冰洋冷湿水汽和太平洋暖湿水汽.     

石家庄市区土壤水分运移的稳定同位素特征分析

根据2013年4月到2014年5月测得的石家庄市区降水和2013年石家庄市雨季土壤水、灌溉水的稳定氢氧同位素,通过稳定同位素示踪的方法从时间和空间的角度分析了不同土壤层位中的稳定同位素的变化规律,进而得出土壤的水分迁移过程.结果表明,过量氘均值为-6.188 5‰,反映了石家庄2013~2014年的年降水主要来自季风带来的海洋水汽,同时有一定的局地蒸发.石家庄土壤水的来源主要是降水,灌溉水在雨季前期有辅助作用,且雨季的降水量足以对土壤进行适当补给.10~100 cm土壤水的δ18O值随深度增大而减小,雨季最大蒸发深度在40 cm左右,取样期间基本上形成了一个土壤水δ18O峰值沿剖面徘徊中不断向下推进的情况,反映了降水的入渗、蒸发和新旧水的混合的相互作用.     

长沙地区不同水体稳定同位素特征及其水循环指示意义

分析不同水体中的环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术进行区域水循环研究的必要基础.根据2012年1月至2013年12月对长沙地区大气降水、地表水(河水)及地下水(泉水、井水)的跟踪取样,分析了不同水体中δD、δ18O的变化特征.结果表明,由于水汽来源的季节差异,长沙地区降水中D、18O的组成呈现出明显的季节变化,降水中δ18O变化与气温、降水量等气象要素之间存在显著负相关,当地大气水线(LMWL)特征揭示了长沙地区湿润多雨的气候;地表水中δD、δ18O的波动小于降水,其稳定同位素值的季节变化相对于降水存在延迟特征,冬夏半年河水线(RWL)的差异表明地表水在不同季节的主要补给源有所不同;地下水中δD、δ18O的波动幅度最小,并且泉水、井水中δD与δ18O的变化范围以及平均值都非常接近,说明这两种水体间存在较密切的水力联系,干旱月份地下水δD、δ18O持续偏低,可能与树根对地下水的吸取加强有一定的关系.研究结果对于合理利用本地区水资源有一定指导意义.     

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.     

塔里木河流域东部降水稳定同位素特征与水汽来源

大气降水中氢氧稳定同位素比率(δ18O和δ2H)的定位监测有助于理解水体相变、混合和输送的过程,南疆塔里木河流域东部气候干旱,水资源是影响可持续发展的关键资源,然而目前对其大气降水中氢氧稳定同位素的认识仍十分有限.基于塔里木河流域东部4个采样点2019年6月～2020年9月采集的103个降水样品,分析了大气降水中氢氧稳...     

水汽源地和局地蒸发对大气降水氢氧稳定同位素组分的影响

降水氢氧稳定同位素组分是一种良好的示踪剂,对水汽循环的研究有重要意义.本研究基于2016年在南京、溧阳、宜兴和东山这4个站点按降水事件采集的降水样品,测定了降水HDO和H_2~(18)O组分,分析了降水HDO、H_2~(18)O组分以及过量氘的时间变化特征;探讨了水汽源地和局地蒸发对降水稳定同位素组分的影响.结果表明:(1)冬夏季风期间水汽源地的差异使4个站点降水HDO、H_2~(18)O组分及过量氘有明显的季节变化,主要表现为HDO和H_2~(18)O组分夏季风期间贫化,冬季风期间富集;过量氘夏季风期间小于冬季风期间;(2)夏季风期间,太湖蒸发补给使下游地区的降水过量氘变大,局地大气降水线方程的截距变高;冬季风期间,局地蒸发对降水同位素影响很小,降水HDO、H_2~(18)O组分以及过量氘的空间变化不明显;(3) 4个站点局地大气降水线方程的斜率和截距均较高,原因可能是冬夏季风期间的降水水汽来源的差异和冬季风期间水汽再循环过程的影响.     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.