乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ~(18)O的变化特征

本文研究了乌鲁木齐地区近17年(1986—2002)大气降水的氢氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=7.21δ18O+4.50,并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,乌鲁木齐水分来源复杂,主要是西风带输送的海洋水汽和局地的蒸发,大气降水的加权平均18O与月平均气温相关关系显著,与雨量效应(降水量效应)较相关,降水中温度效应明显,且在一定时期很大程度上其影响掩盖了雨量效应。乌鲁木齐降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化几乎一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。     

包头地区大气降水δD和δ~(18)O变化特征浅析

大气降水中氢氧稳定同位素包含着水循环演化过程中的历史信息,对揭示水资源的形成及演化机制具有重要的意义。文中根据包头站大气降水中稳定同位素和气象资料,分析了包头地区(1986-1992年)大气降水的氢氧稳定同位素的变化特征及其与气温和降水之间的关系,发现该区氘盈余值(d)具有冬季高夏季低的特点,且d值接近全球大部分地区降水的d值(10‰)。该区大气降水中δ18O值具有夏季高冬季低,δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏半年(4-9月)间显著。同时提出了包头地区当地大气降水线方程为δD=6.4δ18O-4.07,与全国及全球降水线方程相比,反映出干旱的气候特征。     

亚洲中部高山降水稳定同位素空间分布特征

为了揭示中亚高山地区大气降水稳定同位素的时空分布特征，开展不同尺度下干旱区水文循环的研究，分析了亚洲中部天山、昆仑山、祁连山地区18个站点的降水氢氧稳定同位素资料。结果表明：天山、昆仑山和祁连山地区降水稳定同位素季节变化较为明显，表现出夏半年高、冬半年低的变化趋势。3个地区降水稳定同位素的空间分布也呈现出显著的季节差异。除昆仑山外，天山和祁连山大气降水线方程的斜率均低于全球大气降水线，说明这些地区的降水受到较强的蒸发影响。研究区各站点降水稳定同位素均呈显著的温度效应，区域内降水量效应不明显。春、夏季昆仑山地区3站点的降水δ¹⁸O高程效应较明显，降水δ¹⁸O随海拔上升而降低，其余地区没有明显的高程效应。除昆仑山地区西合休外，亚洲高山地区氘盈余(d值)总体表现出冬半年高，夏半年低的变化趋势。     

滹沱河上游区地表水和地下水同位素特征

在滹沱河上游区采集了河水、地下水、泉水、水库水样品,分析了各类水的氢、氧、氮同位素和化学特征,并将氢氧稳定同位素与平原区大气降水进行了对比,分析了沿流程的变化,识别了硝酸盐来源。结果表明:滹沱河源区河水、地下水和泉水与平原区大气降水的同位素组成差别明显;滹沱河水进入水库以后,水库水受到明显的蒸发浓缩作用,也可区别于平原区大气降水;水样的NO3-含量变化在1.68~87.4 mg/L之间,大部分样品的1δ5N值大于8‰,指示水中NO3-来自污水或粪便。     

基于蒸发皿实验的大气水汽氢氧稳定同位素模拟

大气水汽氢氧稳定同位素直接反映了水在大气中输送、混合和相变等过程的关键信息,通过蒸发皿实验可以模拟大气水汽氢氧稳定同位素组成,但模拟方法的可靠性仍需要实测资料的验证.于2019年9-11月在甘肃兰州进行了蒸发皿实验,对逐日大气水汽氢氧稳定同位素进行模拟,同期利用在线大气水汽氢氧稳定同位素分析仪进行实时监测从而对模拟结果...     

渭南大气降水中氢氧同位素特征与水汽来源关系

利用渭南大气降水δD和δ~(18)O实测值及相关的气象观测资料,分析了降水δD和δ~(18)O的特征及其变化与水汽来源的关系。结果表明:大气降水的同位素值变化幅度大,且呈现春季高、其他季节较低的季节变化;大气降水线的斜率低于全球大气降水线,截距接近且略高于全球大气降水线;大气降水的δ~(18)O与温度效应相关关系非常弱,温度效应不存在,存在降水量效应,但春冬季不显著,夏秋季较显著;大气气团来源的后向轨迹显示,冬半年降水水汽主要受控于西风环流,同时存在少有的局地蒸发作用,夏半年水汽来源于东南和西南海洋蒸发水汽,明确了氢氧稳定同位素存在季节变化的原因。     

石羊河下游青土湖大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

青土湖属于季风边缘区内陆河尾闾封闭湖泊,以其生态脆弱性和气候敏感性是古气候、古环境等全球变化环境研究的理想区域。降水是干旱区生态系统水循环的重要输入因子,研究降水氢氧同位素特征及水汽来源对全球气候变化背景下青土湖水资源管理具有重要的理论和实践意义。基于氢氧稳定同位素技术,通过分析青土湖5月～10月6个月21个大气降水氢氧同位素组成及与环境因子的关系,结合HYSPLIT模型模拟大气降水气团传输途径和过程,判定该地区水汽来源。结果表明:5月-10月大气降水氢氧稳定同位素关系的线性方程LMWL为δD=6. 67δ~(18)O-1. 01(n=21,R2=0. 95);大气降水的δ~(18)O变化范围为-16. 97‰～3.23‰,平均值为-5. 36‰。δD的变化范围为-118. 36‰～15. 63‰,平均值为-36. 82‰。过量氘(d-excess)介于-23. 64～21. 93‰,均值为6. 03‰,低于全球平均值(10‰)。降水δ~(18)O与降雨量显著相关,但温度效应不显著。受西风水汽、局地人工季节性湖面蒸发和亚洲季风的影响,青土湖大气降水水汽来源的季节性明显,夏季主要来源于西风环流、东南季风及局地蒸发,秋季来源于西伯利亚和蒙古的极地大陆气团。连续多年生态补水形成的人工季节性湖面蒸发成为夏季降水水汽来源之一,对改善湖区生态环境具有重要的意义。     

内蒙古中部夏季大气降水中同位素变化

大气降水中稳定同位素(δD、δ~(18)O)含量变化及相互关系是分析大气降水过程潜在影响因素的重要指标之一。通过采集内蒙古中部地区呼和浩特市、锡林郭勒盟正蓝旗和赤峰市克什克腾旗达里诺尔湖等区域的夏季大气降水样品,进行了δD、δ~(18)O值测试,同时结合包头市大气降水同位素测试结果,进行了区域大气降水变化特征对比分析,结果显示:(1)内蒙古中部4个区域"大气水线"间存在明显差异,表明区域大气降水的水汽来源并不一致,同时叠加区域蒸发作用的影响,使得内蒙古中西部地区的包头市"大气水线"的斜率(5.84)和截距(-8.88)较低,而位于东南部的达里诺尔湖区域"大气水线"的斜率(8.26)和截距(7.21)较高,最接近全球或全国"大气水线";(2)内蒙古中部地区的大气降水同位素组成主要受到降水过程及区域强烈蒸发作用的影响。夏季不同月份大气降水中d值出现明显波动,显示不同月份大气降水同位素组成的主要影响因素存在差异:7月的大气降水量占夏季降水总量的比例最高,受季风降水影响作用最强烈,同时d值最低,说明降水过程对降水同位素组成的影响作用可能超过了蒸发作用的影响;6、9月降水量相对减少,而d值相对较高,显示蒸发作用的影响较强。     

氢氧稳定同位素对达里湖水体蒸发与补给来源的指示作用

为了研究稳定同位素质量平衡法在寒旱区封闭型内陆湖泊水量平衡计算中的适用性,以内蒙古高原达里湖作为研究区域,基于流域水体样品中氢氧稳定同位素(δD、δ~(18)O)特征分析,讨论了δD、δ~(18)O对水体蒸发和补给来源的指示作用。结果表明:夏季达里湖水体氢氧稳定同位素值不断减小,其主要受到降水过程的影响;冬季结冰过程使得氢氧同位素在冰体中富集。达里湖湖水δ~(18)O-δD关系点落在了当地大气降水线的右下方,显示湖区水体蒸发最为强烈;部分河水和地下水δ~(18)O-δD关系点落在当地大气降水线左上方,显示当地大气降水并非其地下水的主要补给来源。利用稳定同位素质量平衡法对2018年达里湖蒸发量和地下水补给量进行估算,结果显示年蒸发量约为2.69×10~8m~3,全年地下水补给量约为1.65×10~8m~3。在考虑动力分馏和初始水体同位素组成的条件下,利用水体稳定同位素分馏过程中δD与剩余水体比例的关系,计算得到达里湖湖水蒸发损失量约为初始水体的41%～46%。     

喀什河流域降水同位素特征及水汽来源分析

利用喀什河流域山区2017-07—2018-06大气降水同位素数据,以及流域山区温度、降水气象资料,分析了降水中δ18O、δD和氘盈余(d-excess)变化特征,讨论了δ18O与气温、降水量的关系,通过利用HYSPLI模型追踪分析流域山区大气降水的水汽来源。结果表明:(1)流域内降水中δ18O季节变化明显,夏季δ18O同位素富集,冬季δ18O同位素贫化。(2)不同降水类型中δ18O、δD的关系差异明显,夏季δD蒸发分馏大于δ18O、降雨大气降水线斜率及截距较小;冬季δD蒸发分馏明显减弱,降雪大气降水线斜率及截距较大。(3)流域内大气降水同位素存在明显的温度效应,但是降水量效应不显著。(4)流域内大气降水水汽主要来源于大西洋,受水汽远距离输送,途中加入较多二次蒸发水汽的影响,氘盈余值(d-excess)整体上偏大,但是2月氘盈余偏低,与受北极气团源地温度低、空气湿度大、水汽输送路径短影响有关。(5)该流域夏季降水主要来源于西风环流和局地再循环水汽,冬季则受西风环流和北极气团共同影响,大西洋水汽形成的降水占研究区总降水量的68.6%,局地再循环水汽占17.1%,北冰洋水汽形成的降水占研究区总降水量的14.3%。     

Evaporative enrichment of stable isotopes(δ~(18)O and δD) in lake water and the relation to lake-level change of Lake Qinghai,Northeast Tibetan Plateau of China

Stable isotopic compositions(δ18O and δD) have been utilized as a useful indicator for evaluating the current and historical climatic and environmental changes. Therefore, it is vital to understand the relationship between the stable isotopic contents in lake water and the variations of lake level, particularly in Lake Qinghai, China. In this study, we analyzed the variations of isotope compositions(δ18O, δD and d-excess) in lake water and precipitation by using the samples that were collected from Lake Qinghai region during the period from 2009 to 2012. The results showed that the average isotopic contents of δ18O and δD in lake water were higher than those in precipitation, which were contrary to the variations of d-excess. The linear regression correlations between δ18O and δD in lake water and precipitation showed that the local evaporative line(LEL) in lake water(δD=5.88δ18O–2.41) deviated significantly from the local meteoric water line(LMWL) in precipitation(δD=8.26δ18O+16.91), indicating that evaporative enrichment had a significant impact on isotopic contents in lake water. Moreover, we also quantified the E/I ratio(evaporation-to-input ratio) in Lake Qinghai based on the lake water isotopic enrichment model derived from the Rayleigh equation. The changes of E/I ratios(ranging from 0.29 to 0.36 between 2009 and 2012) clearly revealed the shifts of lake levels in Lake Qinghai in recent years. The average E/I ratio of 0.40 reflected that water budget in Lake Qinghai was positive, and consistent with the rising lake levels and the increasing lake areas in many lakes of the Tibetan Plateau. These findings provide some evidences for studying the hydrological balance or water budget by using δ18O values of lake sedimentary materials and contribute to the reconstruction of paleolake water level and paleoclimate from an isotopic enrichment model in Lake Qinghai.     

闪电河流域“三水”季节变化特征

分析水体中氢(H)、氧(O)稳定同位素(δD、δ~(18)O)的变化,可以判断出不同水体的变化特征及相互关系。通过2014年5、8、10月对内蒙古正蓝旗境内闪电河流域地表水、浅层地下水及大气降水等样品的连续采集,得到地表水样21个、地下水样69个、大气降水样21个,在对"三水"样品δD、δ~(18)O值测试分析的基础,进一步讨论了"三水"变化特征及相互关系,结果显示:1闪电河流域"大气降水线"表达式为:δD=8.01δ~(18)O+6.83‰(r=0.962 1),反映了研究区蒸发量远大于降水量的气候特征。而不同月份d(氘盈余参数)出现差异,降水最多的8月d值最低,降水最少的10月d值最高,显示了大气降水次数或强度对二次蒸发作用产生了一定程度的影响。2闪电河流域地下水与地表水中δD、δ~(18)O值,不仅位于"大气降水线"之下,而且不同月份地表水与地下水中δD、δ~(18)O值的变化区间也出现差异。5月,各断面地下水与地表水中δD、δ~(18)O值差异不大,说明地下水与地表水得到充分混合;8月和10月,地表水中δD、δ~(18)O值比地下水明显偏重且各断面中大气降水所占比例较高,显示了大气降水过程对地表水H、O同位素变化的影响。此外,闪电河流域自上游到下游地表水中δD、δ~(18)O值在8月相近,而在10月逐渐出现偏大,指示了10月强烈蒸发作用对地表水中δD、δ~(18)O值变化的影响。     

鄂尔多斯高原潜水同位素特征及其成因分析

西北干旱半干旱区地下水的补给来源和方式仍没有统一的认识。通过对比鄂尔多斯高原不同水体氢氧稳定同位素特征,发现鄂尔多斯高原潜水的δD、δ~(18)O平均值(-71.75‰,-9.64‰)相对于当地降水均值(-65.00‰,-8.79‰)偏负。通过综合分析区内气候特点、地下水补给方式、潜水位动态等方面因素,认为潜水δD、δ~(18)O偏负现象与干旱地区降水的雨量效应和季节性冻土冻融作用下降水入渗补给地下水过程有关。δD、δ~(18)O值偏负的大降水补给地下水的能力较强,可能使潜水δD、δ~(18)O值偏负;冻土冻融条件下δD、δ~(18)O值偏负的冬季降水有效入渗补给能力较强,是潜水δD、δ~(18)O值偏负的另一可能原因。研究表明,利用氢氧稳定同位素研究干旱半干旱区地下水的补给来源和方式,需要考虑不同降水条件及冻土冻融作用下地下水补给能力的差异及其对地下水同位素组成的影响。     

西藏雨季主要水体氢、氧同位素特征

通过对2014年雨季西藏境内63处水体中δD和δ~(18)O值的测定,分析其中氢、氧稳定同位素组成特征。结果表明:水体δD和δ~(18)O的取值范围分别为-152.06‰~-19.05‰和-16.96‰~4.66‰,δD较δ~(18)O的标准差大,平均值分别为-101.38‰和-9.67‰;3种水体的δD和δ~(18)O值关系为湖泊δD相对河流δD富集,河流δD相对沼泽δD富集,湖泊δ~(18)O相对河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O富集,河流δ~(18)O和沼泽δ~(18)O无差异;蒸发趋势方程分别为δD湖泊=6.14δ~(18)O-45.48(n=22,R2=0.855),δD河流=7.83δ~(18)O-26.22(n=32,R2=0.858),δD沼泽=5.93δ~(18)O-52(n=9,R2=0.723),河流相比湖泊和沼泽水体的δD与δ~(18)O更易受大气降水的影响;氘过量参数特征为湖泊-79‰~-17‰,河流-40‰~-5‰,湿地沼泽-34‰~-7‰,表现出蒸发强烈的水体特征;沼泽水体δ~(18)O与纬度的一元线性回归方程为y=1.67x-63.23。     

西部降水氢氧稳定同位素温度及地理效应

本文基于IAEA和WMO建立的GNIP网降水资料,得出中国西部地区大气降水线方程(LMWL)为δ2H=7.56δ18O+5.05‰(VSMOW)。分析了降水中氢氧稳定同位素温度效应、地理效应,确定了降水中δ18O和δ2H与月平均气温、降水量、海拔高度、纬度的相关关系。根据张掖站降水δ18O与温度之间的相关关系和民勤地下水14C年龄和δ18O特征,初步重建了晚更新世以来民勤盆地地下水补给温度,并与惰性气体补给温度(NGT)进行了比较,其相关系数为0.65,晚更新世地下水的补给温度(据δ-T关系)较大,可能是没有考虑降水量效应的缘故。     

天山山区及周边地区水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009年天山山区周边伊宁、库车和乌鲁木齐3个探空站实测资料,计算逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这个关系式计算了天山山区及周边地区1961-2009年44个站水汽含量,分析了水汽的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明：①天山山区及周边地区水汽含量有3个高值区,主要分布在天山北麓的河谷平原地带和吐鲁番盆地,水汽含量在12~21 mm;南天山及东部的阿克苏地区、库尔勒地区和东天山南部的哈密地区是水汽含量的次高值区,水汽含量在5~13 mm;而中天山和东天山是水汽的低值中心,水汽含量在4~8 mm。② 水汽含量的月际变化呈单峰型,夏季最大,冬季最小,季节变化非常明显;其中2-7月为增长期,3月增长率最大,7月最小,增长率分别为65.8%和17.6%,而8月到次年1月为递减期,12月减少率最大,8月最小,分别为38.5%和7.8%。 天山山区内部月均水汽（7.83 mm）低于全区平均水平(10.51 mm),其中西天山月均和夏季水汽含量均最高,分别为9.88 mm和18.94 mm。③ 49 a间水汽含量年代际变化较小,1986年以后变化波动大且上升趋势明显。④ 水汽和降水量并不具有很好的对应关系,而呈现区域差异。
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Stable isotope analysis of water sources for Tamarix laxa in the mega-dunes of the Badain Jaran Desert,China

The complex interactions in desert ecosystems between functional types and environmental conditions could be reflected by plant water use patterns. However, the mechanisms underlying the water use patterns as well as the water sources of Tamarix laxa in the mega-dunes of the Badain Jaran Desert, China, remain unclear. This study investigated the water sources and water use patterns of T. laxa using the stable oxygen isotope method. The δ¹⁸O values of xylem water, soil water in different layers (0-200 cm), rainwater, snow water, lake water, atmospheric water vapor, condensate water, and groundwater were measured. The sources of water used by T. laxa were determined using the IsoSource model. The results indicate that T. laxa mainly relies on soil water. At the beginning of the growing season (in May), the species is primarily dependent on water from the middle soil layer (60-120 cm) and deep soil layer (120-200 cm). However, it mainly absorbs water from the shallow soil layer (0-60 cm) as the rainy season commences. In September, water use of T. laxa reverts to the deep soil layer (120-200 cm). The water use patterns of T. laxa are closely linked with heavy precipitation events and soil water content. These findings reveal the drought resistance mechanisms of T. laxa and are of significance for screening species for ecological restoration.     

Distribution of isotopes and chemicals in precipitation in Shule River Basin,northwestern China:an implication for water cycle and groundwater recharge

The distribution of stable isotopes and ions in precipitation in the Shule River Basin,northwestern China,were investigated to understand the regional water cycle and precipitation input to groundwater recharge.The study found that the mean annual concentrations of Ca2+,Na+,SO42–,Cl–,Mg2+,NO3–,and K+ in the basin were lower than those in other arid areas of northwestern China.The average concentrations of ions in the lower reaches of the Shule River were higher than those in the upper reaches.The results showed that the main ionic concentrations decreased with the increase of precipitation amount,indicating that heavy precipitation cannot only wash crustal aerosols out of the atmosphere,but also create a dilution effect.Cl– and Na+ in precipitation had a strong and positive correlation,suggesting a common origin for the two ions.However,the excess of Na+,combined with non-marine SO42– and NO3–,indicated that some ions were contributed by terrestrial origins.In the extremely arid regions of northwestern China,the evaporation process obviously changes the original relationship between δ2H and δ18O in precipitation,and leads to dexcess values 8‰.δ18O and temperature were significantly correlated,suggested that temperature strongly affected the characteristics of isotopes in the study area.The δ18O value indicates a dominant effect of westerly air masses and southwest monsoon in warm months,and the integrated influence of westerly and Siberian-Mongolian polar air masses in cold months.The d-excess values were generally lower in warm months than those in cold months,indicating that post-condensation processes played a significant role in the water cycle.The results provide reliable precipitation input information that can be used in future groundwater recharge calculations in the study area.