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。     

塔什库尔干河流域河谷大气降水同位素特征与水汽输送路径

利用塔什库尔干河流域河谷2018年9月—2020年5月的降水事件的大气降水同位素数据,以及流域河谷代表性气象站点温度、降水、相对湿度等气象资料,分析降水中δ¹⁸O、δ²H和氘盈余(d-excess)变化特征,探讨影响因素,并基于拉格朗日后向轨迹模型(HYSPLIT)追踪解析流域河谷大气降水的水汽输送路径。结果表明：(1)降水δ²H、δ¹⁸O值总体上呈现夏季富集、冬季贫化的季节变化特征,且具有显著的温度效应(1.33‰·℃-1),但未见显著雨量效应;(2)局地大气降水线方程为δ²H=7.63δ¹⁸O-3.55,呈现出显著的干旱气候特征;(3)HYSPLIT模拟结果表明研究流域降水水汽主要受西风环流和局地水汽再循环影响,其中夏半年局地水汽蒸发占比54.09%,冬半年西方路径中较长距离输送占比45.53%。8月源自印度洋的水汽可绕过青藏高原到达研究区域。成果可为塔什库尔干河流域水资源管理和气候应对提供参考依据。     

基于D、~(18)O同位素和HYSPLIT4气团轨迹模型的黑河上游降水水汽来源研究

基于黑河上游祁连山区2012年10月至2013年9月间次降水事件的δD、δ~(18)O数据,建立了当地大气降水线方程δD=8.29δ~(18)O+17.13,并分析了各降水事件的氘盈余值特征,推断其水汽源区的气候条件相对干燥。结合HYSPLIT4气团轨迹模型计算结果,推断研究区降水全年主要受西风带水汽影响,春秋两季降水的水汽除了来自西风输送外,还混有局地和当地蒸散发水汽;夏季降水的水汽来源较为复杂,受到西风环流、内循环水汽以及少量东南亚季风水汽的综合作用;冬季的西风带水汽占有绝对优势。     

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。     

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。     

云下二次蒸发对降水过程中氢氧稳定同位素构成的影响

在干旱地区,降水中的氢氧稳定同位素组成常受到雨滴云下二次蒸发作用的影响而发生改变。基于全球降水同位素网(GNIP)在我国西北东部站点的数据并结合气象数据,分析雨滴二次蒸发作用发生的条件、季节特征、影响因素以及对降水氢氧稳定同位素组成的影响规律。研究表明:在我国西北东部,当近地表水汽压差(VPD)等于0.52 k Pa时,降水中氢氧稳定同位素组成规律发生显著改变。当VPD0.52 k Pa时,地区降水线(LMWL)的斜率和截距与全球降水线(GMWL)无显著差别,且氘剩余(d-excess)也与VPD不存在显著相关关系。然而,当VPD0.52 k Pa时,LMWL的斜率和截距显著地小于GMWL,d-excess与VPD存在显著的负相关关系。表明当VPD0.52 k Pa时,保留了云层中热力学平衡分馏特征,而当VPD0.52 k Pa时,降水氢氧稳定同位素经历了动力学非平衡分馏过程——云下雨滴在降落过程中二次蒸发作用。根据Tetens公式,当气温(t)7.0℃时,空气饱和水汽压不可能超过0.52 k Pa,所以,当t7.0℃时不可能发生雨滴二次蒸发过程。这样,在温带干旱地区,在t较低的冬半年降水中的δ18O只存在显著的温度效应,而在t较高的夏半年降水中的δ18O同时存在温度和降水效应。     

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、δ18O)特征分析,讨论了 δD、δ18O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...     

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。     

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δ^18O高程效应较明显,降水δ^18O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。     

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.     

基于LMDZ模型的西北干旱区水汽再循环率分析

局地水汽再循环是陆地水循环过程的重要环节。在我国西北干旱区水汽再循环的绝对量虽然有限,但对区域降水的贡献(即水汽再循环率)却不容忽视。本文基于嵌套同位素模块的LMDZ模式模拟数据,运用同位素混合模型,对西北干旱区1979-2007年水汽再循环率的时空特征及其作用机制进行了分析。结果表明:研究时段内,外来水汽对降水的月尺度和年尺度贡献率都明显高于再循环水汽,季节上呈夏高冬低,年际上呈逐渐上升的态势;而再循环水汽的贡献率较低,呈夏季低冬季高且逐年下降(冬半年植物蒸腾水汽的贡献率在年际上呈上升趋势)的特点。外来水汽对降水的贡献率存在空间差异,山区附近的值往往较高,荒漠平原区的值则较低。就地表蒸发与植物蒸腾而言,地表蒸发对降水的贡献率整体低于植物蒸腾,但在小范围地区也有相反的规律。外来水汽和地表蒸发水汽的贡献量与其贡献率的空间分布特征基本一致,而植物蒸腾水汽在山区的贡献量高于荒漠平原区。     

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.     

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。     

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。     

银川平原夏半年不同等级降雨水汽输送机制

全球气候变暖加速了区域水循环，改变了水汽的传输路径，了解不同等级降雨稳定同位素特征及水汽来源为水资源的利用及旱涝灾害的防治提供依据。基于2018—2020年夏半年（5—10月）采集的银川平原降雨样品，研究不同等级降雨中氢氧稳定同位素的变化特征及其二次蒸发效应，并利用后向轨迹模型及水汽通量等方法分析降雨的水汽来源及潜在蒸发源区。结果表明：银川平原夏半年不同等级降雨稳定同位素随着降雨等级的增加而偏负，小雨氘盈余（d-excess）值偏负而中雨和大雨偏正，大气降水线斜率和截距随着雨量级的增加呈现出递减的规律。二次蒸发作用的强弱随气温升高而增大，随降雨量、相对湿度和雨滴直径增大而减弱。西风水汽为银川平原夏半年降雨的主控水汽，同时小雨、中雨、大雨还分别受到陆地蒸发水汽、大西洋水汽及太平洋水汽的影响。潜在蒸发源区对小雨影响较大，主要位于研究区周边及北部、南部和东南部地区；中雨潜在蒸发源区主要分布在研究区周边地区及其西北部和东南部；大雨主要分布在研究区周边及东南部地区。     

黄土丘陵区典型小流域多年降水变化特征分析

通过对黄土丘陵区燕沟流域多年降水的各项特征指标进行分析,研究了该区降水的年际变化特征,并初步提出了该区大气降水线方程。结果表明:研究区降水的年际变化差异很大;丰水年数与枯水年数较为接近,但发生连枯的年数大于发生连丰的年数;降水的逐年变化呈现波动,但整体变化趋势为逐年减少。研究区降水的氢氧同位素值普遍偏大,降水线方程为δD=7.5537δ18O+4.6211,与全球和中国降水线有明显区别。氘盈余雨季前大于西安站和全球水平,而雨季中则小于西安站和全球水平。     

准噶尔盆地南缘土壤水运移特征及其补给来源识别

在荒漠区,土壤水是一切陆生植物赖以生存的基础,识别荒漠区土壤水的补给来源,探索土壤水的运移机理,对于荒漠区生态修复非常必要。通过对荒漠区非饱和带剖面土壤水的含水率、易溶盐离子及稳定同位素(δD、δ~(18)O)的测定和分析,研究荒漠区土壤水的补给来源与运移机理。结果表明:荒漠区土壤含水率、易溶盐与土壤水氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,剖面中土壤Cl-含量与含水量成正相关;0~1.6 m为蒸发影响带,1.6~8.0 m为土壤水向下运移带,8.0 m以下为潜水影响带。从土壤水中氢氧同位素及Cl-含量信息来看,荒漠区土壤水来源于大气降水的补给。旋回中Cl-含量极低值与δD与δ~(18)O极贫值相对应,δD值贫化峰值为-124.10‰~-97.39‰,荒漠区土壤水来源于冬季大气降水或降雪的入渗补给。     

基于地理探测器分析青藏高原降水δ18O空间分异特征

地理探测器是研究地理现象的空间分异性,并且定量分析其驱动因子的一种统计方法。利用地理探测器方法对青藏高原24个站点的降水δ~(18)O年均值进行了分析,该方法可在一定程度上反映青藏高原降水δ~(18)O年均值的空间分异性,得出纬度、海拔、经度和降水量对青藏高原降水δ~(18)O年均值空间分异的解释力分别为0.82、0.71、0.57和0.49,温度对青藏高原降水δ~(18)O年均值空间分异的解释力不显著;因子之间的共同作用增强了降水δ~(18)O年均值在空间上的分异性。讨论了青藏高原站点降水δ~(18)O年均值与纬度、经度、海拔、年降水量和年均温之间的关系,并对降水δ~(18)O主控因子的季节变化进行分析,得出纬度对青藏高原降水δ~(18)O年均值、夏季均值和冬季均值空间分异的解释力均为最强。