准噶尔盆地降水、土壤水和地下水中δ^18O和δD变化特征——以中国生态系统研究网络阜康站为例

本实验的研究材料（融雪水、雨水、土壤水、地下水）采集于2006年3-6月,取自位于古尔班通古特沙漠南缘中国科学院阜康荒漠生态系统研究站及北沙窝实验点,对其氢氧稳定性同位素比率δ^18O和δD的测定结果进行了分析,研究了降水、土壤水稳定同位素变化特征,揭示干旱荒漠区降水和土壤水的关系。研究结果表明,表层10cm土壤水受降水的直接影响,其δ^18O具有与降水相同变化的趋势;地表浅层土壤水的稳定性同位素比率介于雪水和雨水之间;不同时间剖面土壤水的δ^18O和重量含水量均为表层10 cm变化最大,具有向下变幅逐渐减少的趋势。地下水中δ^18O在不同季节变化差异不大,地下水有一致、稳定的水源供应。本研究为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例,也为古尔班通古特沙漠生态系统维持与恢复提供科学依据。     

江西省降水集中程度的变化特征

根据《江西省双季稻气象灾害指标》中降水集中期的定义,从降水集中期、降水集中期内的站次和平均单站雨量三个角度,探讨江西省83个气象站1971-2008年历年4-9月降水集中程度的变化特征。结果表明:江西省降水集中期的时空分布比较集中,赣西北地区的降水集中期平均每年只有赣东北地区的50%,6月中旬-7月上旬是降水集中期的主要时段;出现降水集中期的站次和平均单站雨量随年份变化均呈增多趋势,年倾向率分别为8.2站/10a和3.7mm/10a;20世纪90年代的降水集中期站次和平均单站雨量多于其他年代,而每年出现在6月中旬-7月上旬的降水集中期站次和平均单站雨量均多于其余时段。     

长武塬区大气降水中氢氧同位素特征分析

通过测定长武塬区2005年降水水样的氢氧同位素组成,分析了该区降水氢氧同位素组成的基本特征。结果表明,长武塬区大气降水线方程为δD=7.44δ~(18)O 1.69,其斜率和截距与全球以及我国大气降水线相比均偏小,这与研究区地理位置和气候条件有关;降水氘盈余d值4—6月份较大,大于或接近10,7—10月份则小于10;以天为时间单位采集的次降水,其氢氧同位素组成的温度效应和降水量效应均不显著,而连续2 d长历时降水的雨量效应极显著;降水氢氧同位素组成季节变化明显,春季降水的氢氧同位素值较高,夏季同位素值降低,秋季同位素值最小,这在以次降水量为权重的加权平均值中表现得更加明显。     

陕西省黄土高原地区侵蚀性降水变化特征

利用陕西省黄土高原地区42个站点的逐日降水观测资料,分析了1961-2007年该地区的年降水量、侵蚀性降水量、暴雨量的变化趋势和空间分布特征.研究表明,陕西省黄土高原地区年降水量、侵蚀性降水和暴雨的空间分布非常相似,具有北少南多的分布特征.1961-2007年陕西省黄土高原年降水和侵蚀性降水呈下降趋势,暴雨呈上升趋势.在空间分布上,延安市以北地区,降水量减少幅度小,延安市以南地区降水量减少明显;渭北地区暴雨量增加,而丘陵沟壑区暴雨量则呈减少趋势.     

牛不同组织中稳定性同位素氢、氧、硫组成探讨

为研究牛不同组织中氢、氧、硫稳定同位素的组成变化情况以及品种对其的影响,利用同位素比率质谱仪测定了不同部位脱脂牛肉、牛尾毛、血液、肝脏中的δ2H值和δ34S值及牛肉抽提水中的δ2H,δ18O值。结果显示,品种因素不影响组织中的硫同位素组成,但对氢同位素组成的影响尚不确定;肌肉不同部位、血液、肝脏、牛尾毛之间的δ2H值、δ34S值均有极显著差异,但各组织间的δ34S、δ2H值相关关系不明显;肉品水中δ2H值与δ18O值存在较强的相关关系。这些结果说明稳定性同位素氢、硫在牛不同组织中的分馏效应是不一致的,在进行牛肉溯源研究时,应根据研究目的和研究对象选择合适的组织。     

桂西北喀斯特峰丛洼地降水氢氧稳定同位素的季节变化特征

喀斯特地区特殊的二元水文地质结构增加了水文过程研究的难度。大气降水是流域水循环的重要输入因子,研究降水氢氧稳定同位素的季节变化规律及其影响因素,有利于探讨该地区水汽来源、径流划分、水分滞留时间等水文过程。该文以桂西北环江地区典型喀斯特峰丛洼地为例,基于2009年4月-2011年8月的降雨、温度资料以及月降水氢氧稳定同位素组成数据,分析了降水分布及其氢氧稳定同位素组成的季节变化规律,并探讨了各种环境因素的影响。结果表明,当地大气水线与全球大气水线存在一定的偏离,表明研究区降水云气形成过程中汽、液两相同位素分馏不平衡的程度偏大。过量氘年平均值为14.21‰,旱雨季不同,反映了水汽来源的差异。降水氢氧稳定同位素季节变化呈现正弦波动的特性,波动周期和振幅受纬度及季节因素的影响明显大于降水量及温度,表明大尺度环境因素的影响占主导地位。该研究为基于氢氧稳定同位素技术的喀斯特地区流域尺度水文过程研究奠定了基础,对深入分析该地区植被恢复与重建的生态水文效应提供参考。     

元阳梯田水源区林地降水与土壤水同位素特征

利用2014年5—11月元阳梯田水源区林地采样点上的20个降水数据和216个土壤水数据,对元阳梯田水源区大气降水及土壤水δD和δ~(18)O的变化进行了分析,明确了降水与土壤水的氢氧同位素特征,并探讨了降水对土壤水的影响。结果表明,研究区大气降水δD和δ~(18)O的变化范围分别为(-97.4‰)~(-47.5‰)和(-13.2‰)~(-6.5‰),区域大气降水线(LMWL)为δD=6.84δ~(18)O-5.69,与昆明的降水线接近,这主要与研究区和昆明所处的大气环流背景、水汽来源相同有关;0—100cm土壤剖面内,土壤水中δD值随深度的增加呈现"S"形或反"S"形,0—40cm土层土壤水的δD和δ~(18)O值分布于LMWL两侧,而60—100cm处的同位素值分布集中且偏离降水线,表明随着深度的增加,土壤水受大气降水和外界蒸发条件的影响减弱;林地坡上40cm土层比表层贫化重同位素,坡下位置植物覆盖度较小,土壤水容易受到外界环境的影响而坡中位置整个剖面δD值的变化不大。     

新疆地区极端降水时空变化特征及对气温变化的响应

全球气候变暖背景下极端事件频发,对地处干旱、半干旱地区的新疆影响尤为明显,导致冻害、旱灾、雪灾、暴雨洪水和融雪洪水风险增大。该研究基于1961-2020年新疆75个观测气象台站资料,使用湿球温度法对降雨事件和降雪事件进行分离,其总体精度达到95%。利用百分位法定义极端降水（雨、雪）,研究该区域极端降水量与频次变化的总体特征和南北疆空间变化差异,分析极端降雨、极端降雪对气温变化的响应机制。结果表明：1961-2020年,新疆地区年均降水（雨、雪）和年均极端降水（雨、雪）量与频次均呈增加趋势;北疆地区降雨、极端降雨、降雪和极端降雪的量与频次的增幅均要大于南疆地区（降雨频次除外）;极端降水（雨、雪）对降水（雨、雪）的贡献率平均值均大于26%,且均呈增加趋势;南北疆各台站极端降雨和极端降雪对气温变化的响应均小于C-C（克拉伯龙-克劳修斯,Clausius-Clapeyron）方程预期,即     

1960-2017年江淮地区降水的时空变化特征

[目的]探究江淮地区降水量的时空变化特征,并在此基础上研究了大气环流因子对降水量的影响,为江淮地区水资源管理和灾害防治提供科学基础。[方法]基于1960—2017年江淮地区15个气象站点的逐日降水及大气环流数据,采用Mann-Kendall趋势检验、累计距平曲线、小波分析、交叉小波变换及小波相干方法,揭示了江淮地区时空变化特征及影响该地区降水量的因素。[结果]江淮地区降水量存在多尺度的周期性震荡,其中冬季降水量表现为显著增加趋势(p<0.05),经历最少次偏多—偏少过程,且存在55.6 a的主周期;年、夏季降水量呈不显著增加趋势,经历最多次偏多—偏少过程,但其在该地区南部多呈显著性变化;春、秋季降水量呈不显著下降趋势,全地区不存在显著性变化站点。该地区降水量与大气环流指数在年际尺度上均存在一定的共振周期,东亚夏季风(EASM)对其影响最显著;南方涛动指数(SOI)对其影响最不显著。[结论]江淮地区降水在年际及季节性尺度上时空变化特征具有明显差异,且在年际尺度上受大气环流一定的显著影响,研究结果能为该地区科学制定水资源规划、预防气候型风险、达到生态平衡提供理论支撑。     

蒋家沟流域雨季降水中氢氧同位素特征分析

通过分析蒋家沟流域2001—2009年内降雨资料,发现降雨频率服从幂指数分布,分析蒋家沟流域2010年雨季降水的氢氧同位素组成,得出当地大气降水线,其截距与我国大气降水线相比较小,这与研究区地处内陆干热河谷、蒸发作用强烈有关;降水中氘盈余7月中旬之前较大,均为正值,7月中旬到8月中旬由于空气湿度相对较高,氘盈余减小,8月中旬之后,随着空气湿度重新减小,d值增大;根据次降雨采集的降水样品分析,δ18 O显示出明显的降水量效应,即降水量较大的降水场次内δ18 O较小,在同一场降雨内,δ18 O也随着降雨时间的持续和降水量的增加而呈减小趋势;受山区降雨的随机性影响,蒋家沟流域内稳定同位素的高程效应较为反常,海拔越高的地方,δ18 O越大。     

基于GCM的西北干旱区降水稳定氢氧同位素年际变化模拟

降水中稳定氢氧同位素（¹⁸O）和（D）是水循环过程的重要组成部分,也是气候的天然示踪剂。为了模拟不同时空尺度上降水稳定氢氧同位素的变化,大气环流模式（GCM）已经成为研究全球或区域水循环的有效途径。本文基于全球大汽降水同位素网络（GNIP）提供的实测数据和第2次稳定水同位素比较小组（SWING2）的模拟数据,运用回归分析法和同位素GCM对比分析了西北干旱区1986—2003年大气降水中稳定氢氧同位素的年际变化特征。结果表明:3个同位素监测站点乌鲁木齐、张掖和和田的年均δ¹⁸O_w线性倾向率分别为0.041,0.207,0.915‰/a,δD_w线性倾向率分别为0.767,0.026,0.120‰/a;如果只考虑暖季（5—9月）,则δ¹⁸O_w线性倾向率分别为-0.008,0.085,0.306‰/a,δD_w线性倾向率分别为-0.331,-1.390,-1.503‰/a。同时,采用SWING2中的GISS-E（MERRA）,GISS-E（NCEP）,isoGSM（NCEP）,LMDZ（free）,LMDZ（ECMWF）和MIROC（free）共6种同位素GCM模式得出的δ¹⁸O_w和δD_w的线性倾向率与回归分析法得到的结果相反。此外,分析了两种模拟方法得到的大气水线,发现各模拟结果中和田的大气水线斜率均高于乌鲁木齐和张掖。     

广东省极端降水事件的变化特征

[目的]分析广东省极端降水事件的分布特点并对其未来的变化趋势进行判断,旨在为该省的气候评估预测、生态环境建设及经济可持续发展方面的研究提供科学依据。[方法]利用广东省1960—2013年的逐日降水数据,根据百分位方法定义了极端降水事件的阈值,通过采用Mann-Kendall法、小波分析、Hurst指数等方法,对该区的极端降水事件频次和强度的变化特征及其变化趋势进行研究。[结果]广东省极端降水事件的发生频次、强度及极端降水量均呈上升的趋势,且极端降水量对总降水量的贡献率在50%以上。在空间上极端降水事件的发生频次呈现出北高南低的规律性,而强度正好相反。在未来的变化预测中,广东省大部分地区极端降水事件的频次和强度与过去变化趋势相一致,呈持续增加的趋势。[结论]极端降水事件的频繁发生给广东省造成了严重的损失,应加强极端气候事件的预防工作,针对不同成因的极端降水事件应采取不同的应对措施。     

浙江省降雨量变化趋势时空特征分析

利用浙江省84个气象站1980~2009年降雨量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、突变点检测和径向基函数插值等方法,分析了全省降雨量变化的时空分布特征。结果表明:近30年来浙江省降雨量长期变化趋势不显著,但存在3次明显的突变;在年内,春冬两季降雨量变化趋势显著的气象站比例高,其中春季下降趋势显著,3月为主要贡献月份,冬季上升趋势显著,主要贡献月份为1月和12月;全省多年平均降雨量由北往南递增,典型月份的降雨量变化趋势与对应季节的降雨量变化趋势具有相似的空间分布特征。结果可为完善区域水资源调度机制、加强区域防洪抗旱工程体系建设等提供参考。     

茶树不同叶位碳氮氢氧稳定同位素分布及变化特征

为探究茶树不同叶位的传统稳定同位素分布及其随时间的变化特征,本研究以龙井43#品种茶树为研究对象,采用元素分析-同位素比值质谱仪(EA-IRMS)对不同叶位叶片的碳同位素(δ(13)^C)、氮同位素(δ(15)^N)、氢同位素(δ(2)^H)和氧同位素(δ(18)^O)进行分析。结果表明,随叶位自上向下递增,叶片中δ(13)^C、δ(15)^N和δ(2)^H显著贫化,而δ(18)^O呈现相对较弱的贫化,且第2~第5叶位叶片的同位素比值最高(21.0‰~25.0‰),相邻叶位的同位素分馏系数差异不大。此外,随着采样时间的变化和环境气候影响,前三叶位叶片的δ(13)^C和δ(15)^N总体呈现富集特征,而δ(2)^H和δ(18)^O出现先贫化后富集的变化特征。本研究结果为探究茶树不同叶位茶叶传统稳定同位素的分布提供了数据支撑,也为研究茶叶分馏机制和数据库构建奠定了基础。     

基于集合经验模态分解北疆降水多尺度变化特征

降水是中国西北干旱区水资源的重要组成部分,利用合理方法有效认识降水的区域变化规律对指导农业发展尤为重要。基于北疆42个气象站1961—2012年降水序列数据,从气候时间序列中提取气候信号中各个尺度的变化,对北疆过去52a来的降水进行多尺度分析,并对其空间差异进行了初步探讨。结果表明:过去52a北疆降水量存在明显的年际和年代尺度的变化,年际尺度的周期为5a和8a,年代尺度的周期为10a和30a。变化趋势上,降水量1985s之前呈减少趋势,在1985s之后呈增加趋势,且后期的增幅大于前期的减幅。突变分析表明北疆年降水量呈增加趋势。集合经验模态分解(EEMD)是一种适用于非线性、非平稳序列的信号分析方法,将EEMD应用于气候要素时间序列,可提取可靠真实的气候变化信号,同时,EEMD可以得到气候变化的固有时间尺度。     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素的变化及影响因素

为揭示季风区土壤水稳定同位素的变化规律,基于长沙地区樟树林0~130 cm土壤水、降水和地下水稳定同位素以及环境因子连续2年的监测数据,分析了土壤水稳定同位素的变化特征。结果表明：0~60 cm土壤水稳定同位素的季节变化明显,与降水稳定同位素存在不同程度的时滞,60 cm以下土壤水和地下水稳定同位素的季节变化均不明显。不同深度土壤水中氢稳定同位素比率（δ²H）与区域大气水线（Local meteoric water line, LMWL）的差值（Line-conditioned excess, lc）均与δ²H呈显著正相关,即土壤水中δ²H越大时,δ²H偏离 LMWL的程度越小,土壤水经历的蒸发作用越弱;土壤水中δ²H越小时,δ²H偏离LMWL的程度越大,土壤水经历的蒸发作用越强。相关分析表明,前期大气的累积蒸发（∑E）和累积温度（∑TA）对0~60 cm土壤水中 lc的影响显著。研究显示,各土壤层中相对较低的水稳定同位素比率多散布于∑E和∑TA较大的暖季,由于期间经历的蒸发富集作用更强,土壤水中lc更小,土壤水稳定同位素散点更偏离LMWL;反之亦然,从而表现出不同深度土壤水线（Soil water line, SWL）的斜率较LMWL的斜率明显偏高。综上,大气降水稳定同位素是影响土壤水稳定同位素变化的直接因素;土壤水中稳定同位素的丰度与前期大气的湿热程度有关;SWL斜率较LMWL斜率偏高的原因与降水稳定同位素及土壤水稳定同位素蒸发富集作用强度的反向季节性变化有关。     

西藏茶叶稳定同位素特征与区域差异及环境因子关系分析

西藏茶叶具有高原茶品质特征,是助推西藏经济发展的重要高价值农产品。为探明西藏茶叶同位素特征,探索气象环境对茶叶同位素的影响,本研究收集了西藏不同海拔地区茶叶以及全国主产区茶叶样品,分析茶叶中稳定同位素值(δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O),同时收集部分采样点的环境气象信息,结合偏最小二乘法(PLS)探究西藏茶叶同位素特征及环境因子关联性。结果表明,西藏茶叶δ¹³C值分布于-31.9‰~-27.8‰之间,随海拔升高而降低,显著低于其他主产区样品(P<0.01),δ¹³C值主要与采样当月的日照时间和气温有关;西藏茶叶δ¹⁵N与其他主产区样品无显著差异,且与环境气象因子关联性较弱;δ²H值介于-111.5‰~-40.5‰之间,与环境气象因子关联性最强,受相对湿度等多种因素影响; δ¹⁸O值介于22.2‰ ~ 27.6‰之间,主要与气温关系密切。本研究结果为西藏茶叶产地特征挖掘提供了研究思路,为西藏茶叶品牌保护提供了一定的理论依据。     

江西省信江流域极端降水时空变化特征

随着全球气候变化加剧,极端降水事件对人类社会造成严重影响。基于江西省信江流域1960—2005年逐日降水数据,利用ClimDex模型与集合经验模态分解法（EEMD）分析信江流域极端降水指数时空分布特征。结果表明:各类极端降水指数呈不同程度上升趋势,其中以极端降水量（R95P）上升趋势最为显著。经EEMD分解得出各项极端降水指数的IMF分量,具体表现出2.56~2.88 a,5.11~6.57 a,9.20~11.50 a和22.59~36.48 a的准周期,其中以IMF1方差贡献率最大,IMF3的振荡周期较为显著。在3种典型年的极端降水事件空间分布上,五日最大降水量（RX5day）和极端降水量（R95P）呈中部略高于周边地区,且极端多水年高于平水年和极端少水年,表明流域中部地区极端多水年的极端降水事件发生频率相对较高。