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.     

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.     

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.     

西北内陆区降水稳定同位素时空分布特征及其水汽来源

综合分析西北内陆区97个研究站点的降水稳定同位素数据,并结合相关气象资料,揭示了西北内陆区降水稳定同位素δ18O、δD和d-excess时空分布特征,明确了海拔、经纬度、温度和降雨量对降水δ18O的影响;利用水汽通量和HYSPLIT模型追踪了大气降水的水汽来源.同时,根据关键自然地理要素的空间差异将西北内陆区划分为4个子区域,对上述内容分区域进行系统分析和对比.结果表明:①西北内陆区降水δ18O和δD的变化范围分别为-21.20‰～1.70‰和-144.20‰～5.21‰,d-excess波动范围为-20.37‰～46.48‰,δ18O、δD和d-excess均存在显著的空间变化和季节变化特征,河西内陆区和塔里木地区δ18O和δD值相对偏正,柴达木-青海湖区和准噶尔-吐哈地区δ18O和δD偏负.②西北内陆区大气降水线方程的斜率和截距均小于中国和全球大气降水线,4个子区域亦低于全球水线,其中塔里木地区斜率最低.③西北内陆区海拔效应为-0.04‰·(100 m)-1,其中河西内陆区和塔里木地区呈显著负相关;降水δ18O与经度呈显著正相关,而与纬度呈不显著负相关.④西北内陆区普遍存在显著的温度效应,呈西北高东南低的空间特征;受气温和地形影响,降雨量效应较微弱.⑤西北内陆区水汽来源全年主要为西风水汽输送,冬季受到极地气团影响,夏季受季风水汽的入侵,部分区域会出现极端降水事件;过量氘夏季贫化、冬季富集,与相对湿度呈正相关,表明西北内陆区降水还受局地水汽再循环影响.     

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.     

内蒙古夏季大气降水同位素特征及影响因素

为探明内蒙古地区夏季大气降水中δD和δ¹⁸O组成特征及其对气象因子变化的响应关系,于2017~2019年夏季采集了内蒙古阿拉善左旗、呼和浩特市市区、正蓝旗、克什克腾旗（达里湖）、通辽科尔沁左翼中旗和呼伦贝尔新巴尔虎右旗（呼伦湖）等6个区域共计82次大气降水样品,结合来自全球降水同位素观测网（GNIP）的包头、张掖等6个区域大气降水样品中δD和δ¹⁸O数据,分析了内蒙古地区大气降水中δD和δ¹⁸O变化的区域差异及其主要影响因素,结果表明：内蒙古局地大气降水中δD和δ¹⁸O值存在自西向东不断偏负的趋势,其中呼伦贝尔新巴尔虎右旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏负;相对地,西部阿拉善左旗大气降水中δD和δ¹⁸O值最偏正;内蒙古地区局地大气降水线斜率和截距同样表现出自西向东逐渐偏正的变化趋势,显示二次蒸发作用的影响逐渐下降,且局地蒸发水汽团对西部地区大气降水影响明显,如位于西风环流影响区的阿拉善左旗等区域局地蒸发气团占到8月部分单次大气降水来源水汽团的100%,而7月份,东亚夏季风环流对内蒙古局地大气降水的影响最为明显;整体上,虽然区域大气湿度变化引起的二次蒸发是影响内蒙古局地大气降水过程的一个关键因素,不过大气降水量对夏季大气降水稳定同位素组成的影响最明显.即西风环流影响区大气湿度变化对氘盈余指数d值的影响程度明显强于东亚夏季风区大气湿度变化的影响,而东亚夏季风环流影响区大气降水量对d值的影响程度则相对明显.     

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.     

厦门地区大气降水氢氧同位素组成特征及水汽来源探讨

采集厦门地区6个站位春、夏和冬季的大气降水样品,并用稳定同位素质谱仪分析降水样品中的氢氧同位素值(δD和δ18O).结果表明:厦门地区大气降水中δD和δ18O值春季最高(-7.86‰±8.07‰和-2.18‰±0.80‰),夏季最低(-61.17‰±4.85‰和-8.42‰±0.62‰).本文同时利用HYSPLIT模型对不同季节厦门地区水汽来源及输送路径进行追踪,发现厦门地区夏季降水主要受到来自南海及西太平洋气团的影响,期间降水量大,δD和δ18O值较低.厦门地区大气降水线方程为δD=8.35δ18O+12.52(R2=0.906),与全球降水线方程(δD=8.17δ18O+10.56)相比,截距及斜率略有偏高.厦门地区氘剩余值(d值)波动范围较大(-5.13‰~32.25‰),说明厦门地区降水的水汽来源较为多样,降雨条件较为复杂.厦门地区降水中d值表现为冬季高,春季次之,夏季低的季节性变化特征.年尺度下,厦门地区氢氧同位素与降水量在呈显著的负相关关系(r分别为-0.477和-0.369,p<0.01).     

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.     

中国不同纬度现代表层土壤水氢同位素分布特征及其影响因素

土壤水的氢氧同位素组成是开展环境示踪和土壤水文学研究的重要基础。目前的研究集中在对大气降水的氢同位素组成的相关信息认识上,关于大区域范围的环境因素对于土壤水和大气降水的氢同位素组成影响的报道很少。2016年9月从中国南部地区一直到东北地区(北纬20°—51°)采集了43个表层土壤样品,并测定表层土壤水δD值。结果表明:不同纬度表层土壤水的δD值与降水δD值存在正相关关系(R~2=0.40,p0.01),表明表层土壤水δD值总体响应大气降水的δD值变化,但可能也受其他因素影响。大气降水的δD值与表层土壤水δD值均有明显的纬度效应,但它们的δD值随纬度变化的程度并不相同,表明虽然表层土壤水主要的来源是降水,但环境变化对表层土壤水的氢同位素组成产生了一定影响,这是利用表层土壤水δD值示踪环境或者与植物中的生物标志物的氢同位素组成结合来示踪环境的基础。     

贵州草海沉积物纤维素氧同位素研究及其古环境意义

纤维素在湖泊沉积过程中不易发生分解,故其稳定同位素组成能真实地反映原始环境信息。本文在建立一套有效的四阶段(酸洗、碱洗、漂白及碱洗)湖泊沉积物纤维素提取基础上,成功测定了近500年草海沉积物纤维素氧同位素组成。草海纤维素氧同位素组成与董哥洞石笋恢复的降雨量的一致性变化表明纤维素氧同位素主要反映湖水氧同位素组成,进而指示了湖区降雨量变化。