准噶尔盆地东南部降水中δ18O的温度与降水量效应

地区大气降水线(LMWL)和降水中δ18O的温度和降水量级效应是应用稳定同位素技术研究地区水文学过程与问题的基础.通过跟踪2012-2013年准噶尔盆地东南部44次降水事件,测定了降水中的δ18O和δD,同时收集降水过程的气温变化和降水量数据,在降水事件尺度上研究了降水中δ18O、温度和降水量三者之间的关系.降水中的稳定同位素δ18O和δD存在时间尺度效应,在不同的时间尺度上温度、降水量级效应与LMWL可能不同.在降水事件尺度上,准噶尔盆地东南部LMWL是δD=(7.53±0.22)·δ18O+(0.25 ±3.29).一年中受到水热同期变化的影响,降水量效应被强烈的气温季节动态所掩盖,因此,表面看来,处于欧亚大陆腹地的准噶尔盆地东南部只存在显著的温度效应,而不存在降水量效应,但是扣除气温的影响后,显著的降水量级效应仍然存在,降水量效应主要与云下二次蒸发有关.二元线性模型拟合结果表明:在降水事件尺度上,温度和降水量级效应分别为(0.70 ±0.03)‰·℃-1和(-0.14±0.07)‰·mm-1.     

乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ18O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。     

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。     

应用环境同位素识别松嫩平原西南部地下水的补给来源

识别地下水的补给来源是进行合理开发利用与科学管理地下水资源的重要前提.文中根据松嫩平原月大气降水同位素数据,建立了当地大气降水线方程δD =7.29 δ18O-0.81‰;通过分析研究区内110件地下水样品的环境同位素(2H、18O、3H)特征以及结合区域水文地质条件,识别出了研究区地下水的补给来源.结果表明:第四系潜水补给来源以当地降水为主,受蒸发作用影响强烈;第四系承压水补给来源有两种途径,一种是山前平原的侧向补给(降水来源)或上层第四系潜水的渗透补给;另一种可能是δ18O值更为贫化的山区降水入渗所形成的侧向补给.新近系泰康组与大安组承压水的补给来源为历史时期的古降水,其水汽来源特征与现今相比更加湿润.     

氢氧稳定同位素指示的呼和浩特地区土壤水的补给特征

土壤水中的氢氧稳定同位素特征包含了水在包气带中的迁移信息,因此,分析土壤水中的氢氧稳定同位素的变化特征可以追踪土壤水的迁移过程.文中主要对呼和浩特地区西南部两个孔的包气带土壤剖面中氢氧稳定同位素随深度的变化特征进行了分析,并对呼和浩特地区降水、土壤水和地下水之间的同位素组成进行了比较.结果表明:该区土壤表层的水中的δ2H和δ18O受到降水中的δ2H和δ18O的直接影响,同时受到蒸发作用的影响,同位素值产生富集,之后变化幅度逐渐减小,逐渐接近地下水中的同位素值,显示出土壤底部的水分与地下水的交换比较活跃;通过对比该区降水、土壤水和地下水的同位素值,发现该区土壤水的补给来源主要为降水,且降水的补给为季节性补给,补给季节主要是秋季.     

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。     

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。     

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。     

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δ18...     

银川平原水体氢氧同位素及主要水化学参数特征

运用环境同位素和水化学技术,通过现场测试和室内分析,研究了银川平原不同水体的氢、氧同位素和基本水化学参数特征,结果表明:银川平原各水体δ~(18)O、δD值基本分布在当地降水线和黄河水δD-δ~(18)O关系线下方,由于湖水受到强烈的蒸发作用,与其他各地表水相比同位素组成明显偏正,但其氘盈余(负值)远低于全球降水线;同位素特征显示,地表水和地下水均接受黄河水补给,其中河水、渠水和部分地下水的同位素组成一致,表明地表水与地下水之间水力联系十分密切;研究区地下水δ~(17)O-δ~(18)O拟合线[ln(δ~(17)O+1)=0.524ln(δ~(18)O+1)+0.000 94]和全球降水线[ln(δ~(17)O+1)=0.528ln(δ~(18)O+1)+0.000 33]相近,但~(17)O盈余大于海水;银川平原各水体均呈碱性,水体的化学类型主要有HCO_3-Na、HCO_3-Ca·Mg,阳离子以Na~+为主,阴离子以HCO_3~-为主。Gibbs图显示各水体离子组成主要与岩石风化、蒸发结晶有关。     

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.     

乌鲁木齐大气降水稳定同位素与水汽来源关系研究

利用GNIP（Global of Isotope in Precipitation）乌鲁木齐站点1986-2003年大气降水稳定同位素资料和美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料,通过研究乌鲁木齐地区17年（1986-2003）大气降水的氢、氧稳定同位素组成,提出了局地大气降水线方程为...     

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.     

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。     

中国西北地区气候变化与同期气象场异常的关系

利用奇异值分解法（SVD）分析中国西北地区降水和气温异常与同期高空环流和下垫面温度异常的关系。研究表明：西北地区各季降水与同期北印度洋海区、西太平洋海面温度都有较好的遥相关性;西北地区降水与同期欧亚对流层的中下层的纬向和经向环流强度的异常有明显的关系;西北地区气温异常与欧亚大陆同期中高纬向和经向环流的异常有关,冬季和秋季气温异常主要与纬向环流的异常有关,春季气温异常与经向环流异常有关。     

甘肃梨园河流域地下水来源及其水化学特征

通过分析水化学与氢氧稳定同位素的关系,研究梨园河流域地下水的补给机理和水化学演化规律。地下水总溶解固体（TDS）自西南向东北递增,最大值为1 258 mg/L。沿流程方向,深层地下水的水化学类型由Ca-HCO₃→Ca-Mg-HCO₃、Mg-SO₄→Na-SO₄型。浅层地下水的水化学类型由Ca-HCO₃→Mg-HCO₃-SO₄→Mg-SO₄型。地表水的水化学类型无分异,主要为Ca-HCO₃型。深层和浅层地下水沿途均发生了水岩融滤作用。Na⁺含量沿程增大,一是地下水中Ca²⁺与岩石中Na⁺发生阳离子交换作用,二是硅酸盐矿物的风化作用产生Na+。Phreeqc软件模拟显示,深层地下水中方解石先沉淀后溶解;CO₂、石膏、白云石和岩盐溶解。浅层地下水中,方解石由不饱和逐渐变为饱和;石膏、岩盐一直溶解。地下水的δ²H和δ¹⁸O值大部分位于大气降水线上方,反应了山区现代降水或雪冰融水通过出山地表径流补给,交替更新快,且深层地下水向上补给浅层地下水和地表水。地表、地下水相互转化是该区水循环的主要特征。