河西走廊中部大气降水δ~(18)O变化特征及水汽输送

河西走廊中部地区气候条件特殊,小循环过程独特复杂,因而应用降水等各种水体中的氢氧稳定同位素信息来明晰水循环特征,成为近年较为常用的方法.利用GNIP张掖站点大气降水稳定同位素资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过研究张掖站11年大气降水的氢氧稳定同位素组成,建立了张掖局地大气降水线方程,结合西水、莺落峡、平川、正义峡4个辅助站点资料,分析了河西走廊中部地区氢氧稳定同位素的时间变化规律,并建立水汽输送模式.结果表明,除西水外,其余站点区域大气降水线方程的斜率与截距均低于全球和中国大气水线,说明河西走廊中部地区降水主要来源于大尺度水汽循环,局地蒸发较为强烈且降水过程中张掖站点的蒸发作用强于其他站点.河西走廊中部地区大气降水中δ18O与温度、水汽压之间呈现较为显著的正相关关系;在全年尺度下,降水量效应不明显;由于干旱区降水主要集中在气温较高的月份,在暖季,温度效应掩盖了降水量效应,使得降水量效应无法体现.对过量氘和水汽输送的研究表明,西风带的水汽输送为河西走廊中部地区提供了基本的水汽来源,西风带季节变化对其水汽输送通量散度和d值季节变化有直接的作用.从d值的变化来看,河西走廊中部具有明显的季节变化特征,暖季d值明显小于冷季,且呈现一种先降后升的变化趋势;从数值来看,暖季d值小于10‰的次数多于d值大于10‰的次数,冷季d值大于10‰的次数多于d值小于10‰的次数,说明冷季水汽在运行过程中受到地表水汽补给的作用明显.     

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.     

兰州及其周边区域大气降水δ18O特征及其水汽来源

根据2011年4月~2012年3月在兰州及其周边区域永登、皋兰和榆中这4个站点所采集到的243个大气降水样品及同期相关气象资料,对兰州及其周边区域大气降水中稳定同位素的时空变化特征及其环境效应进行了分析,通过回归分析建立了大气降水线方程,同时采用HYSPLIT 4.9模型对兰州及其周边区域水汽来源进行了追踪,并建立水汽输送模式.结果表明,兰州及其周边区域的大气降水线方程为δD=7.48δ18O+8.13,表明该区局地蒸发较强烈;在时间变化上,降水中同位素值表现为冬低夏高,而d-excess值变化趋势较为平稳,但不同时段下,也存在着一定的变化;从空间分布来看,由西至东加权平均δ18O值呈减小趋势;降水δ18O与温度呈正相关关系,而与降水量表现为负相关;在大尺度下,西风水汽、局地水汽以及东南季风水汽均对兰州及其周边区域有一定的影响,其中西风水汽占主导作用,而东南季风水汽的影响在时间上有一定的局限性,主要集中在6月初至8月初这一时段.     

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.     

黄土高原大气降水δ18O的空间分布

大气降水δ¹⁸O值的空间分布可以为理解现代大气中的水分输送提供空间信息,也可以为解释古气候代用指标的环境意义提供基础。本文整理了黄土高原44个站点的实测降水δ¹⁸O数据,基于纬度和海拔构建回归模型并得到了黄土高原降水δ¹⁸O的同位素景观图谱,结合实测资料和图谱结果分析了降水δ¹⁸O的年内变化和空间分布特征,并评价了两种全球降水同位素景观图谱产品的适用性,得出以下结论：（1）黄土高原降水δ¹⁸具有明显的年内变化特征,春夏季相对富集,秋冬季较为贫化。（2）黄土高原降水δ¹⁸O高值区多出现在南部的渭河谷地一带,低值区则主要出现在西部高原山地和北部边缘。（3）黄土高原北部与西部降水δ¹⁸温度效应更为明显,向南和向东延伸,温度效应逐渐弱化。（4）两种全球降水同位素景观图谱产品对δ¹⁸值的最佳模拟结果均出现在夏季,冬季模拟较差。     

δ~(15)N和δ~(18)O指标识别环境中N_2O生成机理

δ15N和δ18O指标在识别环境N2 O生成机理中具有重要的作用。本文主要讨论δ15N指标在识别海洋、土壤和污染水体N2 O生成机理中的作用 ;分析硝化和反硝化作用引起的同位素分馏特征 ;并对δ18O指标的应用进行了探讨。     

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.     

古浪河流域大气降水稳定同位素的时空特征及其环境意义

依据古浪河流域古浪站(海拔2 085 m)和安远站(海拔2 700 m)所采集的降水样品和相关气象数据,分析了降水稳定同位素的时空变化、局地大气水线,讨论了温度、降水量和相对湿度与降水稳定同位素的关系.结果表明:(1)两站δ18O均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征;(2)从古浪到安远站,δ18O的月均值随海拔升高呈下降趋势,相反地,d-excess随海拔升高呈增加趋势,反映了当气团沿着山坡不断抬升时,水汽再循环过程加强;(3)稳定同位素特征表明该区除了受干燥的环境和较强的蒸发影响外,可能还受到局地水汽再循环影响;(4)处于低海拔地区的古浪站的温度效应比安远站更显著,古浪河流域整体上没有呈现出降水量效应.该研究结果有助于进一步深入了解古浪河流域的水循环过程.     

我国大气降水中δ18O变化的多气象因子分析及分区研究

分析了我国29个GNIP站1961—2015年逐月降水中δ~(18)O与局地气象要素(近地面的气温、降水量和大气可降水量、外向长波辐射以及500 hPa高度的风速)和大尺度环流因子(Nino 4区海表温度距平及南方涛动指数)的关系,并基于层次聚类分析和逐步回归分析方法,讨论了我国降水中δ~(18)O的分区,计算了区内降水中δ~(18)O依各气象因子的回归方程.结果表明,秦岭-淮河一线南北两侧站点降水中δ~(18)O与气象因子之间的关系差异显著,是我国的一条重要的降水稳定同位素环境效应分界线.我国降水中δ~(18)O可以分为3个区域,即北部区(包括西北和东北地区)、中部过渡区(含华北及青藏地区)和南部区,其中北部区和中部过渡区的分界线大致与我国西北地区和北方地区的分界线吻合,中部过渡区与南部区大体与我国北方地区和南方地区的分界线相一致.不同地区控制降水中δ~(18)O的气象因子存在差异:北部区为温度,中部过渡区为温度、500 hPa高度风速以及外向长波辐射,南部区是500 hPa高度的风速.研究结果对于认识我国大气降水中稳定同位素空间分布的特征及其内在机制具有重要意义.     

安图红松树轮稳定δ~(13)C、δ~(18)O序列记录的气候变化信息

测定了安图红松树轮稳定碳、氧同位素组成。选取与安图县毗邻的敦化市气象记录 ,分析了气象记录与树轮稳定碳、氧同位素的相关关系 ,发现红松树轮碳、氧同位素对气候变化均有显著的响应。合成了复合温湿指标 (TH) ,相关分析表明树轮碳、氧同位素对复合温湿指标的响应更加灵敏 ,而且碳同位素和氧同位素均对 5～ 8月的平均复合温湿指标有显著的响应。建立了碳、氧同位素对气候因子的响应函数 ,重建了安图地区近 2 0 0年来的气候变化。功率谱分析发现碳、氧同位素组成在 95 %的置信水平上存有准 2 0 0年、准 11年、准 4年和准 2年的变化周期。前两个周期变化基本上与太阳活动周期变化一致 ,后两个周期分别对应于“厄尔尼诺现象”和东亚夏季风的“准 2年振荡”。     

中国季风区降水构成对降水中稳定同位素的影响：以长沙为例

降水构成是指对流或平流降水量在总降水量中所占比例,不同的降水构成对降水稳定同位素的丰度会产生重要的影响。基于长沙地区实测的日降水稳定同位素数据和GNIP月降水同位素数据,对不同时间尺度、不同季节时段以及不同降水强度下降水构成对降水中稳定同位素影响的变化特征进行分析和比较,旨在揭示不同的降水构成对降水中稳定同位素影响的差异,深化对季风区降水形成过程中稳定同位素变化规律的认识。结果表明：云中对流强度的差异造成了不同季节对流降水量占总降水量的比例（convective precipitation fraction,CPF）与总降水量之间相关关系的差异。在日和月时间尺度下,在暖半年,CPF随总降水量的增大而减小,而在冷半年,CPF随总降水量的增大而增大。无论是在暖半年还是在冷半年,日时间尺度下长沙站降水中的δ¹⁸O随CPF增大不断偏正。在月时间尺度下,包括长沙站在内的中国季风区大部,降水中δ¹⁸O与CPF均呈正相关。由于不同季节对流活动的强度不同会造成降水构成的不同,也使得相对于暖半年,冷半年时段降水构成对降水中稳定同位素的影响要强于降水量效应的影响,因此在冷半年长沙地区δ¹¹⁸O—CPF线性回归方程的斜率随降水强度的增大而增大,而在暖半年,δ¹⁸O—CPF斜率随降水强度的增大而减小。     

庐山地区大气降水中稳定同位素变化特征

氢氧稳定同位素技术被广泛用来研究水循环过程中的水汽来源、水量平衡及不同水体间的补给关系。以2016年4月至2017年4月在庐山地区三个不同研究点（庐山西北面莲花镇,山顶牯岭镇和东南面海会镇）采集的102个次降水样品同位素资料为基础,应用线性回归分析和对比分析等方法,对庐山地区大气降水中氢氧稳定同位素和氘盈余的时空分布特征及大气水汽来源进行了研究。结果发现：庐山地区夏半年降水中的稳定同位素值δ¹⁸O平均值（-6.1‰）小于冬半年（-4.8‰）;氢氧同位素特征和氘盈余呈现明显的季节差异;平均氘盈余值（10.6‰）大于全球大部分地区的评估值（10.0‰）;当地大气降水线（LMWL）δD=7.45δ¹⁸O+8.36与全球大气降水线（GMWL）δD=8δ¹⁸O+10相比,其斜率和截距均偏小。结合HYSPLIT后向轨迹模型分析同位素特征发现,庐山地区大气水汽夏半年主要来源于低纬度南海和印度洋,冬半年来自于干燥的华北和西北内陆;局地水汽影响和地理位置差异导致了降雨同位素特征的空间差异性。本研究可为今后展开庐山地区水循环过程的研究提供科学依据。     

湘东北地区大气降水和地下水的氢氧稳定同位素研究

深入认识湘东北地区的水文循环过程,对规范该区水资源的有效利用和减缓该区生态环境问题具有重要意义。在2021年10月—2023年2月,对该区金井镇的大气降水和不同深度（~4.7 m和~61 m）井水每月开展样品采集和测试。该区大气降水稳定同位素值（δ¹⁸O、δD）呈现夏半年偏负、冬半年偏正,且氘盈余、水汽通量和HYSPLIT模型分析结果显示,在夏季,影响该区降水气团主要来自暖湿的海洋洋面,冬季主要来自稳定的南支西风和局地水汽输送。浅井水和深井水的δ¹⁸O和δD与该区大气降水δ¹⁸O和δD的均值接近,变幅较小且呈现夏季偏正冬季偏负的特征,说明地下水受到大气降水的补给,但可能滞后于大气降水的变化。然而,不同深度地下水对大气降水的响应机制和滞后时间,还需进一步研究。     

北京市典型区域夏季降水及其对大气污染物的影响

通过采集北京市典型区域2015年夏季大气降水样品,分析研究了大气降水的理化特性,典型降水过程化学组分的变化特征、成因以及对大气污染物的影响.结果表明,北京市典型区域夏季降水pH值范围为5.15~7.34,雨量加权平均值为6.21,酸雨率极低.降水中污染元素Cd、Ca和Mn呈现中度富集,Cu、Zn、Pb和S呈现严重富集;Ca和S是降水中主要污染元素,分别占总污染元素浓度的45.43%和43.93%,Zn、Mn、Cu、Pb和Cd是降水中主要重金属污染元素,占总污染元素浓度的1.32%.降水速率不同的降水对大气污染物的影响作用也有所不同.降水速率较大的降水对PM_(2.5)的清除作用较小,对SO_2、NO_2和O_3的清除作用较大,且影响机制表现为4个重要过程:大气污染物的清除、累积、累积和清除、清除.降水速率较小的降水主要以云内雨除为主,对PM_(2.5)、SO_2、NO_2和O_3的云下清除作用较小,且影响机制表现为:污染物的清除、清除和累积、累积、以及清除为特征的4个重要过程.降水速率较大的降水对大气污染物的清除作用大于降水速率较小的降水.     

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。     

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.     

台风"玛莉亚"期间福州、将乐降水δ18O变化特征及影响因素

基于2018年第8号台风"玛莉亚"登陆前后福州、将乐两地小时分辨率的降水同位素数据,结合气象资料,分析了此次台风期间两地的降水δ18O变化特征及影响因素.台风"玛莉亚"影响期间,福州降水δ18O值变化范围为-2.72‰ —-10.52‰,振幅达7.80‰,平均值为-8.42‰,呈现倒U型的三阶段变化特征,阶段1、3降水δ18O值相对偏正,受蒸发效应影响显著;阶段2降水δ18O值显著偏负,平均值为-8.95‰,远低于福州夏季多年降水δ18O平均值-6.53‰.将乐降水δ18O值变化范围为-1.70‰ —-11.93‰,振幅为10.23‰,平均值为-10.06‰,呈现"厂"字型的两阶段变化特征,阶段1降水δ18O值相对偏正,变化范围为-1.70‰ —-7.54‰;阶段2降水δ18O值显著偏负,平均值为-10.66‰.台风期间,两地阶段2的降水δ18O值受"云雨区效应"的影响显著偏负.随着台风登陆并向内陆移动,受同位素瑞利分馏及地形的影响,内陆将乐δ18O值进一步偏负.水汽输送通量分析表明,此次台风影响期间水汽主要来源于西北太平洋、印度洋和南海通道.     

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。     

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。本研究基于次降水样品,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。     

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.