沿三条水汽输送路径的降水中(&)18o变化特征

分析和比较了沿三条水汽输送路径降水中稳定同位素的变化.沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均δ18O的季节差异较小.自曼谷起,降水中δ18O的季节差异明显增加.沿北方水汽路径,郑州以西取样站暖半年与冷半年平均δ18O的季节差异均大于零.随着经度的增加,降水中平均δ18O的季节差减小.沿高原水汽路径,印度次大陆南部降水中的δ18O相对较高,随着纬度的增加,降水中δ18O逐渐减小.在翻越喜马拉雅山后,由于强烈的洗涤作用,降水中δ18O急剧下降.     

沿三条水汽输送路径的降水中δ^18O变化特征

分析和比较了沿三条水汽输送路径降水中稳定同位素的变化。沿南方水汽路径，低纬度地区取样站降水中平均δ^18O的季节差异较小。自曼谷起，降水中δ^18O的季节差异明显增加。沿北方水汽路径，郑州以西取样站暖半年与冷半年平均δ^18O的季节差异均大于零。随着经度的增加，降水中平均δ^18O的季节差减小。沿高原水汽路径，印度次大陆南部降水中的δ^18O相对较高，随着纬度的增加，降水中δ^18O逐渐减小。在翻越喜马拉雅山后，由于强烈的洗涤作用，降水中δ^18O急剧下降。     

青藏高原水汽输送路径的探讨

青藏高原的水汽主要来源于印度洋,其水汽输送路径可分为东西两条,东线为印度洋暖湿气流自孟加拉湾沿布拉马普特拉河、雅鲁藏布江(或横断山三江河谷)伸入高原北部边缘地带,为念青唐古拉山冰川发育提供物质基础,另一支西线来自印度洋阿拉伯海,其输送路线因季节不同而有差异,云团或自印度半岛腾空跨入高原,或自印巴次大陆经帕米尔高原沿南疆盆地南縁进入西藏阿里,为西喜马拉雅山、喀喇昆仑山和昆仑山丰厚的冰川积累起着重要作用。     

青藏高原纳木错流域夏、秋季大气降水中δ18O与水汽来源及温度的关系

根据2005年8～10月在纳木错收集的降水样和相关气象观测,分析该地区降水中δ18O变化特征及其与水汽来源关系,揭示不同水汽来源降水中δ18O与温度之间关系.观测期间水汽来源以西南季风和青藏高原本地气团输送为主.结果表明,纳木错流域夏、秋季节历次降水中δ18O变化主导因素是水汽来源不同.远距离输送夏季风海洋性气团形成的降水δ18O值较低,而局地大陆性气团降水δ18O较高.对同源的降水事件,气温和δ18O值有一定正相关性,因而可能是次一级的响因素.     

青藏高原西北部大气降水稳定同位素时空特征变化

作为水环境的重要指示剂,稳定同位素已经成为区域水文学、气候学研究的重要工具。降水作为水循环的输入项,其同位素组成是研究山地地表水过程、地下水形成转化、冰川变化等问题的必要信息。为了进一步增加对于青藏高原西北部降水过程及其控制因素的认识,本文基于青藏高原西北部五个长期观测站点降水中δD和δ18O数据,研究了青藏高原西北部与塔里木盆地交界地区大气降水稳定同位素时空分布特征。分析结果显示该地区降水稳定同位素季节变化较为明显,表现出夏高冬低的变化趋势,不同月份呈现出不同的空间分布特征。除狮泉河站降水δ18O值与温度关系不显著外,其余站点δ18O值随温度升高而增加。区域内降水量对降水δ18O值的影响不显著,降水稳定同位素高程效应明显,降水δ18O值随海拔上升而降低。降水过量氘(d值)的分布也呈现出显著的季节差异,总体表现出夏半年高、冬半年低的特点,受水汽再循环的影响,西合休站夏季降水的d值呈现较高的水平。研究表明,气温是控制该地区降水同位素分馏的重要因素,通过对于该区域降水蒸发比的计算发现,该地区临近沙漠的和田站的降水同位素受蒸发作用最为显著,而高海拔地区的狮泉河站降水受蒸发影响最小。     

雅鲁藏布江流域降水中δ18O 的时空变化

通过研究2005年西藏雅鲁藏布江流域拉孜、奴各沙、羊村和奴下4个站点降水中的δ18O变化,揭示了雅鲁藏布江流域降水中稳定同位素的时空变化规律.研究显示,雅鲁藏布江流域降水中δ18O季节变化明显,高值出现在季风降水之前的春季,而低值出现在季风降水季节,其间降水中δ18O具有明显的"降水量效应";从空间上看,降水中的δ18O从下游至上游递减,造成这种分布特征主要是由于"高程效应"以及水汽远距离输送导致其中的18O被贫化的结果.经计算表明,雅鲁藏布江流域降水中δ18O由于"高程效应"造成的递减率为0.34‰/100m,而水平方向上自东向西由于水汽远距离输送造成的递减率为0.7‰/100km.从季风期间大范围的降水过程来看,降水中δ18O的空间变化主要受"降水量效应"制约.     

藏北高原夏季降水的水汽来源分析

根据GAME-Tibet加强观测期间取得的降水量和δ18O资料,基于来自海洋性气团的水汽形成的降水中δ18O较低、来自局地蒸发形成的降水中δ18O较高这一认识,尝试性地给出了划分不同来源水汽的标准.基于此标准,对研究区域中局地来源水汽和海洋性气团水汽在总降水中所占的比率定量估计.就安多附近平均而言,1998年6～9月海洋气团的直接输送而形成的降水量至多占总降水量的32.06%,而局地蒸发的水汽所形成的降水量至少占总降水量的46.86%.其它至少有21.8%可能来源于季风环流对沿途蒸发水汽的输送.青藏高原中部(如安多等)的降水,可能是海洋性气团携带的水汽经过若干次凝结-降水(降落到地面)-蒸发-再凝结等过程,不断循环并依次将水分通过季风环流向高原中西部推进.     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

宁夏春季降水及其典型年份水汽通量特征分析

选用1961—2006年宁夏19个主要站降水量分析宁夏春季降水的气候特征,得出其存在16 a左右的长周期和8 a左右的短周期,但年际、年代际变化特征不明显。宁夏春季降水量与春季首场透雨出现日期存在显著的负相关关系,春季如果出现首场透雨,其降水量对整个春季降水量贡献很大。研究春季降水典型旱涝年850—700 hPa水汽通量场的分布,发现影响宁夏春季降水的水汽有两支,一支是来自于孟加拉湾洋面上向东北方向输送的水汽,一支是从里海沿我国新疆地区向东输送的水汽,典型涝年这两支水汽带汇合区域明显向北抬,且汇合区域大,中心值大;典型旱年这两支水汽带汇合区偏西、偏小,中心值也较平均年减小。典型旱涝年水汽通量在u方向差别不大,但在v方向上呈反位向分布,典型涝年宁夏为正距平控制,典型旱年为负距平控制。     

中国地区水汽输送异常特征及其 与长江流域旱涝的关系

利用中国地区1981-2002 年的常规观测资料和ECMWF 再分析资料, 研究了中国地区水汽输送的异常特征、水汽输送异常与长江流域降水的关系及其环流特征。研究表明: 中国地区水汽输送异常存在一些主要的模态, 其中第一模态最为显著, 其空间分布表现为在长江流域的水汽辐合或辐散, 其变化与长江流域的降水存在很好的关系。当西太平洋副热带高压偏南偏西偏强, 印度季风低压偏弱, 我国北方地区处于中高纬度槽后时, 大量来自孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽在长江以南形成强大的西南风水汽, 与我国北方的冷空气在长江流域辐合, 容易导致长江流域降水偏多。当西太平洋副热带高压偏北偏东偏弱, 印度季风低压偏 强, 中高纬为平直西风气流时, 不利于引导低纬海洋水汽进入我国, 长江流域以南没有稳定的西南风水汽输送, 我国北方冷空气偏弱, 不易南下到长江流域, 导致在长江流域没有明显的水汽辐合, 降水容易偏少。     

雅鲁藏布江径流水文规律及水体同位素组成

由雅鲁藏布江各站径流量数据和水体的同位素数据,分析了径流的时空分布特点以及大气降水的同位素效应。该区干流流域年平均径流量分布呈从下游到上游逐渐减少的趋势, 且地表径流的年内分配主要集中在夏、秋两季(6-10 月)。流域内大部分雨水和河水样品的同位素组成均落在全球大气降水线δD = 8δ¹⁸O +10 的右上方,显示出强烈蒸发的特征。水体同 位素组成区域大陆性效应和高度效应明显,这种分布特征与来自孟加拉湾、怒江方向降水云汽的运移以及青藏高原的地形、气候条件有关。     

Evaporative enrichment of oxygen-18 and deuterium in lake waters on the Tibetan Plateau

Stable isotopes (δ¹⁸O and δD) are useful tracers for investigating hydrologic and climatic variability on a variety of temporal and spatial scales. Since the early isotopic studies on mountainous glaciers in the late 1960s, a great deal of information has been generated on the isotopic composition of rainfall, snow, ice, surface waters, and lake carbonate sediments across the Tibetan Plateau. However, measurements of δ¹⁸O and δD values of lake water are scarce. Here we present a new dataset of δ¹⁸O and δD values of lake waters collected from 27 lakes across the plateau during a reconnaissance survey in summer 2009. δ¹⁸O and δD values of lake water range from −19.9 to 6.6‰ and from −153 to −16‰, respectively. The average values of δ¹⁸O and δD are −6.4 and −72‰, considerably greater than those of precipitation observed in this region. The derived Tibetan lake water line, δD = 5.2δ¹⁸O − 38.9, is significantly different from the global meteoric water line. Most of the lakes, including some freshwater lakes, contain water with negative values of d-excess (d). There is a negative correlation between d and total dissolved solids (TDS). Each of these findings indicates that evaporation-induced isotopic enrichment prevails in Tibetan lakes. Moreover, we develop an isotope modeling scheme to calculate E/P ratios for Tibetan lakes, using a combination of existing isotopic fractionation equations and the Rayleigh distillation model. We use the intersection of the local evaporation line and GMWL as a first approximation of δ¹⁸O and δD values of lake water inputs to infer an E/P ratio for each lake. Our modeling calculations reveal that although variable from lake to lake, the water budget across the plateau is positive, with an average E/P of 0.52. This is in good agreement with other observational and model data that show varying degrees of increases in lake size from satellite imagery and significant decreases in lake salinity in many lakes on the plateau over the last several decades. Together with the new isotopic dataset, the proposed modeling framework can be used to examine and quantify past changes in a lake’s hydrologic balance from the isotopic record of downcore carbonate sediments in the region.     

青藏高原降水季节分配的空间变化特征

青藏高原是全球气候变化影响的敏感区域。在全球气候变暖的背景下,其水文气候过程发生了显著的变化,直接影响到区域水资源演化。然而,目前对该区域水文气候过程的时空演变规律仍认识不足。本文以青藏高原气象站点降水观测数据为基准,结合水汽通量资料,对13种不同源降水数据集质量进行对比分析;并选用质量较好的IGSNRR数据集识别了青藏高原降水季节分配特征的空间分布格局。结果表明,青藏高原东南、西南以及西北边缘地区降水集中度和集中期较小,夏季降水占全年降水比例不足50%;随着逐渐向高原腹地推进,降水集中度和集中期逐渐增大,雨季逐渐缩短且推迟,雨季降水占全年降水比例逐渐增大。降水季节分配的空间分布格局与水汽运移方向保持一致,即主要是由西风和印度洋季风的影响所致。基于此,识别出西风的影响区域主要位于高原35°N以北,印度洋季风的影响区域主要位于高原约30°N以南,而高原中部(30°N~35°N)降水受到西风和印度洋季风的共同影响。该结果有助于进一步理解和认识青藏高原水文气候过程空间差异性。     

玉龙雪山冰川稳定同位素分馏冬夏对比

利用玉龙雪山白水1号冰川区冬季和夏季表面积雪、雪坑、融水以及白水河河水中δ¹⁸O资料,对比分析了冬季和夏季我国典型季风温冰川系统内稳定同位素分馏行为的差异。分析结果表明,夏季冰川系统内各水体相变过程中稳定同位素分馏程度均比冬季强烈,指示出夏季季风海洋型冰川强烈消融的特点。另外,不论是冬季还是夏季,从表面积雪到融水再到由融水补给的河流,δ¹⁸O垂直变化梯度依次增大,反映了从固态降雪向冰川融水补给的河流河水转换过程中,稳定同位素分馏程度逐渐增强,体现了沉积后过程对海洋型冰川区同位素记录的影响具有空间差异性。     

17111911年昆明雨季降水的分级重建与初步研究

利用清代档案和其他文献资料,重建了1711¹911年间昆明雨季降水的分级序列。在重建中采取了纠偏措施,有效地解决了资料存在的系统偏差问题。对重建序列的分析表明,昆明降水存在较大的波动,可以分为4个大的时段。总的来说,18世纪的雨季降水略少于19世纪。和喜马拉雅山区达索普冰芯恢复的印度季风降水序列的比较表明,19世纪70年代是两个序列中降水量最多的10年,且19世纪后半期同是两个序列波动较大的时期。但也有不一致的地方,说明两地降水机制有所差别。同时太阳活动的世纪周期对昆明的雨季降水有影响。对中间分辨率资料的开拓利用,有助于拓展高分辨率历史气候序列重建的范围。     

云南丽江树轮δ18O记录的大气环流变化信息

通过对云南玉龙雪山丽江冷杉年轮晚材纤维素氧同位素 (δ¹⁸O) 的分析,建立了1902-2004时段年分辨率的树轮δ¹⁸O序列。将所得序列与相邻的丽江市气象站记录的气候资料对比,分析了树轮δ¹⁸O对气候要素的响应。结果表明,丽江冷杉年轮晚材中的δ¹⁸O与其生长季气候因子密切相关。主要与季风期 (8-10月) 的降水和相对湿度、6-10月总云量、5-6月平均温度显著相关,尤其和总云量相关性最高 (r = -0.45,P = 0.01)。同时,树轮δ¹⁸O年际变化与南亚季风指数、东亚夏季风指数呈反相关关系,并与1-5月南方涛动指数负相关显著,在一定程度上反映了大尺度的大气环流影响。     

西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成的时空变化

从2006 年9 月至2007 年6 月间对西江河口段溶解无机碳稳定同位素组成(δ¹³CDIC) 及 其相关的水体理化参数进行了一个水文年的季节性采样调查。夏、秋两季δ¹³CDIC 平均值(-13. 91‰、-13.09‰) 小于春、冬季节(-11.71‰、-12.26‰), 呈现出明显的季节性。δ¹³CDIC 与温度 呈负相关(p = 0.000; r = -0.646), 而与氧化还原电位正相关(p = 0.000; r = 0.569), 表明河段 表层水体δ¹³CDIC 受到季节性变化的水体理化性质等河道有机质氧化分解条件的控制; 夏季洪水期δ¹³CDIC 与航测距离呈正相关, 而春季枯水期的δ¹³CDIC 与航测距离负相关。δ¹³CDIC 的这种时空变异证明了研究河段河- 海作用过程影响了水体的理化性状进而控制了河道表层水体DIC 的性质。研究河段δ¹³CDIC 的上述时空分布规律与流域所处的地理环境关系密切, 汛期的夏季受陆源有机质的强烈分解作用的影响, DIC 的同位素组成向海洋方向变轻; 枯期的春季因海洋作用加强以及咸潮的入侵, 河道DIC 的同位素组成向海洋方向变重。     

昆明大气降水稳定同位素分析

为阐明昆明地区稳定同位素与大气降水的关系,对GNIP昆明站点1986～2003年δD和δ18O进行分析,初步建立当地大气降水线方程,并与中国及全球降水线方程进行对比,揭示该降水线方程的特征.研究结果表明：大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的复杂影响,在不同时间有很大差异.研究区大气降水稳定同位素存在明显的季节变化,雨季偏负,旱季偏重,降雨效应明显,并在很大程度上影响和掩盖了温度效应.而d受其特殊地理位置影响,呈现出雨季高旱季低的独特变化特征.     

Lacustrine oxygen isotope record of 20th-century climate change in central EuropeL evaluation of climatic controls on oxygen isotopes in precipitation

We report oxygen isotope data from a 108-yr (1885–1993) sequence with annual laminae of bio-induced authigenic calcite in a frozen core from Baldeggersee, a small lake in Central Switzerland. These isotope results provide proxy data on the isotopic composition of past precipitation in the Baldeggersee catchment region and are quantitatively compared with instrumental climate data (i.e. mean annual air temperature and atmospheric circulation pattern indices) to evaluate climatic controls on oxygen isotopes in precipitation.Monitoring the isotope hydrology of Baldeggersee demonstrates that the oxygen isotopic composition of the lake water is controlled by the isotopic composition of local atmospheric precipitation (¹⁸O_p) and that the isotopic signal of precipitation is preserved, albeit damped, in the lake calcite oxygen isotope record (¹⁸O_c). Comparison of the calcite oxygen isotope proxy for ¹⁸O_p in the catchment with historical mean annual air temperature measurements from Bern, Switzerland confirms that authigenic calcite reliably records past annual air temperature in the region. This ¹⁸O_c/temperature relationship is calculated to be 0.39/°C for the period 1900–1960, based on an isotope mass-balance model for Baldeggersee. An exception is a 0.8 anomalous negative shift in calcite ¹⁸O values since the 1960s. Possible explanations for this recent ¹⁸O_c shift, as it is not related to mean annual air temperature, include changes in ¹⁸O_p due to synoptic circulation patterns. In particular, the 0.8 negative shift coincides with a trend towards a more dominant North Atlantic Oscillation (NAO) index. This circulation pattern would tend to bring more isotopically more negative winter precipitation to the region and could account for the 0.8 offset in ¹⁸O_c data.