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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

新疆自来水中氢氧稳定同位素时空变化

氢氧稳定同位素是描述水循环过程的天然示踪剂,自来水是重要的生活用水,研究自来水中氢氧稳定同位素的变化特征有助于示踪城乡居民用水来源,为合理规划水资源调配提供参考。基于新疆352个自来水样品,对氢氧稳定同位素以及氘盈余(d=δ²H-8δ¹⁸O)的时空分布进行分析。结果表明：（1）新疆自来水水线为δ²H=7.67δ¹⁸O+10.54（R²=0.92）,δ²H月均值的变化范围为-105.57‰～-37.82‰,δ¹⁸O的月均值在-14.48‰～-6.67‰之间,d的月均值在1.89‰～24.38‰之间波动。（2）北疆和南疆的氢氧稳定同位素及氘盈余都存在季节变化,并且南疆的季节差异比北疆大。（3）利用BW模型对新疆自来水中氢氧稳定同位素的空间分布进行模拟,发现南疆氢氧稳定同位素值普遍高于北疆的同位素值,并且山区同位素值低于盆地的同位素值。     

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。     

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。