黑河上游青海云杉森林生态系统蒸散发分割

通过对黑河上游排露沟流域海拔2 700 m和2 900 m处青海云杉森林生态系统不同季节的土壤水、 植物水和大气水汽等不同水体稳定氧同位素组成（δ¹⁸O）的测定, 运用Craig-Gordon模型、 同位素稳态假设和Keeling Plot模型分别得出土壤蒸发、 植物蒸腾和蒸散发的δ¹⁸O, 结合多元线性混合模型将生态系统蒸散发分割为土壤蒸发和植物蒸腾。结果表明： 土壤蒸发水汽的δ¹⁸O_E、 植物蒸腾水汽的δ¹⁸O_T及蒸散发水汽的δ¹⁸O_ET分别介于-35.9‰ ~ -25.2‰、 -9.0‰ ~ -4.2‰和-18.5‰ ~ -10.2‰之间, 三者顺序为δ¹⁸O_T > δ¹⁸O_ET > δ¹⁸O_E, 满足同位素稳态假设。植物蒸腾对蒸散发的贡献率（f_T）在52.2% ~ 88.4%之间变化, 土壤蒸发对蒸散发的贡献率（f_E）在11.6% ~ 47.8%之间变化, f_T远大于f_E, 说明生态系统蒸散发大部分来自于植物蒸腾, 即植物蒸腾是青海云杉森林生态系统蒸散发的重要组成部分。f_T与气温呈负相关, 而与相对湿度呈正相关, 说明气温对f_T起抑制作用, 相对湿度对f_T起促进作用, 但是相关系数不高, 说明f_T在自然环境下还可能受除气温和相对湿度外的多种环境因素和生物因素综合影响, 具体影响机理有待进一步探究。本研究结果可为进一步研究黑河流域区域内循环和流域尺度水循环研究提供理论依据。     

山东胶东地区某些金矿床的氩、氢、氧稳定同位素地球化学及矿床成因

通过矿床地质特征、流体包裹体及氧、氢稳定同位素的研究,认为马家窑金矿属再平衡岩浆热液矿床,金青顶和十里铺金矿属大气降水热液矿床。马家窑金矿石英的δD、δ¹⁸O值高,变化小,比较稳定;蚀变岩石的δ¹⁸O在磺向上由围岩向矿脉逐渐升高。金青顶和十里铺金矿石英的δD、δ¹⁸O值低、变化大;蚀变岩石的δ¹⁸O值由地表向深部逐渐降低。开展金矿的氮稳定同泣素研究,在国内尚数首次。马家窑金矿³⁶Ar在温度300℃以下相对含量不到10%,金青顶和十里铺金矿³⁶Ar则达90%以上,表明前者以岩浆成因⁴⁰Ar为代表,后者则以大气氩³⁶Ar为代表,进而表明马家窑金矿是再平衡岩浆热液成因,金青顶和十里辅金矿是大气降水热液成因。示踪结果与H、O同位素一致,表明氩同位素在示踪成矿热液、矿床成因研究方面是一种较为有效的手段。     

北极冰盖形成对东西太平洋及边缘海古海洋学演化的影响*

上新世最重要的古气候事件就是北极冰盖的形成和扩张（3.2—2.5Ma）。根据北极冰盖的形成过程,文中将上新世—早更新世（4.5—1.6Ma）西太平洋暖池核心区ODP807A孔2个浮游有孔虫属种Globigerinoides ruber和Pulleniatina obliquiloculata的δ¹⁸O（氧同位素）、δ¹³C（碳同位素）记录数据细分为3个阶段：形成前（4.5—3.2Ma）、形成中（3.2—2.5Ma）和形成后（2.5—1.6Ma）。研究结果表明,北极冰盖形成以来,G.ruber和P.obliquiloculata的 δ¹⁸O值均呈增大趋势;北极冰盖形成中,G.ruber 的δ¹⁸O值基本不变,P.obliquiloculata的 δ¹⁸O值略增大,反映出西太平洋暖池次表层海水受北极冰盖形成的影响更甚;Δδ¹⁸O_（P-G）（G.ruber和P.obliquiloculata的 δ¹⁸O 的差值）反映出温跃层无明显变化,受北极冰盖形成影响微弱。根据用Ma/Ca值得到的ODP806站SST值（Wara et al.,2005）以及用U^K′₃₇得到的东太平洋ODP847站SST值数据（Herbert and Laura,2010）,对北极冰盖形成以来东西太平洋古海洋学演化进行比较发现：冰盖形成以来东西赤道太平洋海水表层温度均有所下降,且东太平洋降温幅度更大;对比同时期的西太平洋ODP807A孔Δδ¹⁸O_（P-G）与东太平洋ODP847站Δδ¹⁸O_（T-S）的变化趋势,发现东太平洋温跃层变浅,表明受北极冰盖形成和扩张的影响,东西太平洋温跃层深度梯度增大。对比ODP807A孔与南海南部1143站、南海北部1148站G.ruber的 δ¹⁸O 和δ¹³C记录,揭示西太平洋边缘海如南海北部和南部受北极冰盖形成的影响有所不同,北部的表层海水温度和生产力水平受冰盖形成的影响更加明显。     

湿度效应及其对降水中δ18O季节分布的影响

提出了湿度效应的概念,即降水中稳定同位素比率与大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系.对两个气候特征完全不同的取样站乌鲁木齐和昆明降水中δ¹⁸O与温度露点差之间的关系进行了分析,尽管两站的δ¹⁸O与ΔT_d的季节变化存在差异,但它们的湿度效应是显著的.利用稳定同位素动力分馏模型并根据500hPa月平均温度的季节分布对昆明站云中凝结物中δ¹⁸O进行了模拟,模拟的月平均δ¹⁸O与月平均温度的变化具有非常好的一致性,说明昆明站云中凝结物中的氧稳定同位素具有温度效应.这个结果与地面降水中氧稳定同位素的降水量效应截然不同.昆明站降水中δ¹⁸O一定程度上指示大气的干湿状况,同时也间接地指示降水量的多寡或季风的强弱.湿度效应的存在,影响降落雨滴中稳定同位素蒸发富集的强度以及雨滴与大气之间稳定同位素物质迁移的方向.它不仅改变降水中稳定同位素比率的大小,也改变其季节分布的特点.     

祁连山古浪河流域径流组分特征

为了探究气候变暖、冰冻圈急剧萎缩背景下祁连山内陆河的水文状况,依据古浪河流域所采集的各类水体样品和相关观测数据,分析了各水体稳定同位素特征及其所指示的环境意义,并进行了径流分割。结果表明：（1）与降水相比,河水稳定同位素年际变化较小,从季节变化角度来看,河水δ¹⁸O值夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季,反映了不同季节蒸发强度的差异。（2）泉水稳定同位素特征与河水相似,年际变化较为稳定,表明山区河水与泉水之间可能存在转换过程。（3）由于土壤水分交换、地表土壤蒸发、植被蒸腾以及土壤水和地下水之间的同位素差异,引起土壤水同位素组成的梯度差异比较明显,土壤水δ¹⁸O由地表向下经历了富集―贫化―富集的过程,d-excess变化则与之相反。（4）径流分割结果显示大气降水对古浪河流域出山径流的补给率高达76%±2.4%,冻土层上水补给为24%±2.4%。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——空间分布的比较

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）,在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的气象驱动下,模拟在不同的下垫面蒸发和不同的云中凝结分馏条件下降水中稳定同位素效应的空间分布特征,并通过与GNIP实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示云中的稳定同位素分馏和从下垫面蒸发的水汽同位素δ_e对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对全球水循环中稳定同位素效应的理解和认识。结果显示：iAWBM的4个模拟试验均很好地再现了全球降水中平均δ¹⁸O和平均δ¹⁸O季节差的空间分布特征;很好地模拟了降水同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球的大气水线MWL;比较而言,平衡分馏假设下模拟的全球降水中平均δ¹⁸O的空间分布与根据GNIP数据得到的实际空间分布以及模拟的全球MWL与实际MWL最接近,且模拟效果亦最好;动力分馏假设下模拟的降水中δ¹⁸O平均季节差的空间分布与根据GNIP数据得到的实际分布之间的相关程度较好,且拟合水平明显提高;在动力分馏和δ_e季节性的假设下,iAWBM再现全球δ¹⁸O-T和δ¹⁸O-P相关关系空间分布的能力较强。     

慕士塔格地区大气水汽氢氧稳定同位素季节内变化特征及影响因素分析

慕士塔格地区位于青藏高原西北部,常年受西风影响。为了更清楚地认识西风水汽来源和局地蒸发过程对区域水循环过程的影响,利用2017年7月26日—2017年11月6日和2018年7月30日—2018年12月10日在慕士塔格西风带环境综合观测研究站的监测数据,分析了地表大气水汽氢氧稳定同位素组成和相关局地气象要素的变化特征及其相关关系。研究发现：慕士塔格地区水汽中δ¹⁸O、d-excess与局地温度和比湿呈现明显的小时变化、日变化和季节变化;水汽δ¹⁸O值与温度的显著正相关关系在不同时间尺度稳定存在;在小时和日尺度上,水汽δ¹⁸O值与比湿呈现对数关系;后向轨迹追踪表明,西风将西伯利亚和北大西洋及慕士塔格周围地区的水汽传输至观测站点;当水汽自地中海和北大西洋长距离传输至慕士塔格时,水汽δ¹⁸O显著降低可达约7‰,d-excess会显著增大;该地区水汽稳定同位素组成的季节变化特征与降水稳定同位素组成的季节变化特征一致。研究内容初步揭示了青藏高原西风传输水汽稳定同位素变化的主要影响因素,可为区域水循环研究提供必要数据和关键认知,有助于理解西风控制区冰芯稳定同位素记录的气候意义。     

黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解, 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础, 除对降水同位素特征进行分析外, 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法, 对研究区降水的水汽来源进行了分析, 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势, 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）, 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82, r=0.54, P<0.0001）, 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81, r=0.03, P<0.0001）; 研究区降水受多种水汽影响, 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外, 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂; 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区, 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等; 当降水量小、 温度高时, 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小, 暴雨稳定同位素值较贫化, 受东南季风水汽影响最大, 其次是北方和西风水汽, 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。     

辽东半岛青城子矿田典型金矿成因：来自硫、氢、氧同位素的证据

青城子矿田是辽宁东部重要的金多金属矿田,成矿作用复杂.选择白云金矿和小佟家堡子金矿进行了硫同位素和氢氧同位素研究.结果显示矿田内小佟家堡子等金矿硫同位素含量为1.87‰~16‰,无明显的塔式分布;白云金矿的硫同位素含量为-10.3‰~+1.9‰.氢氧同位素测试结果显示白云金矿中石英δD含量为-108.3‰~-74‰,δ¹⁸O含量为8‰~15.9‰;而小佟家堡子等金矿的石英氢氧同位素分布则较为分散.综合分析认为,小佟家堡子金矿代表了早期金成矿,与变质作用有关;白云金矿代表了晚期金成矿作用;矿田内层状铅锌矿与小佟家堡子等金矿可能是同期成矿事件.     

羊卓雍湖流域湖水稳定同位素循环过程研究

基于卓雍错流域2004年降水、河水、湖水中δ¹⁸O的监测结果,结合内陆湖水循环稳定同位素蒸发分馏模型,探讨了青藏高原南部羊卓雍湖水中稳定同位素的变化过程.研究表明:羊卓雍现代湖水中-5.9‰的δ¹⁸O平均值,相对应于当地相对湿度介于54%~58%的气候条件下,这是湖水蒸发分馏作用的最后结果.此外,入湖河水中δ¹⁸O变化也对湖水中平衡δ¹⁸O有一定的影响,而湖水温度的直接影响可以乎略.湖水中δ¹⁸O对入湖水δ¹⁸O的波动的调节能力很强,对于入湖水中δ¹⁸O大的波动,只有不到50 a的时间,湖水中稳定同位素会重新达到平衡.     

水体蒸发过程中稳定同位素分馏的模拟

通过对非平衡条件下水体蒸发中稳定同位素分馏机制的分析, 模拟了蒸发水体中稳定同位素比率的变化及与温度、大气湿度的关系. 在瑞利模式中, 剩余水中的稳定同位素随剩余水比例f的减小不断富集, 富集的速率与温度呈反比. 在动力蒸发条件下, 稳定同位素的分馏不仅与相变温度有关, 而且受大气湿度和液-气相之间物质交换的影响. 在动力蒸发过程中, 相对湿度越小, 剩余水中稳定同位素比率随 f的变化越快. 当相对湿度较大时, 在经历了一段时间蒸发后的剩余水中的δ将不随 f变化. 蒸发水体达到稳定状态的速率主要取决于大气的相对湿度. 当温度约20℃时, 在瑞利平衡条件下模拟的蒸发线与全球大气水线较接近. 在非平衡蒸发条件下, 蒸发线的梯度项和常数项与温度和相对湿度呈正比.     

安徽省金寨县沙坪沟钼矿床稳定同位素地球化学特征

安徽省金寨县沙坪沟钼矿床是近年来秦岭—大别成矿带发现的超大型斑岩钼矿床,已探明钼资源储量246×10~4t。通过对沙坪沟钼矿床不同勘探线剖面和不同深度代表性样品的S、H、O稳定同位素地球化学的研究,揭示了沙坪沟钼矿床S、H、O同位素组成特征及其空间分布特征。矿床硫化物硫同位素组成变化范围较窄,δ³⁴S变化于+0.4‰～+6.2‰,平均值为+3.47‰,落在火成岩范围,分布具明显的塔式效应,硫的来源比较均一,主要为深源硫。成矿流体的δ¹⁸O_包裹体水为0.40‰～7.52‰。流体包裹体中δD变化范围为-90‰～-63‰。主成矿期成矿流体总体为岩浆水。在不同勘探线剖面上矿化中心具高的δ³⁴S、δ¹⁸O值,而且显示出从深部钠长石—钾长石—硅化带→黄铁绢英岩化带→浅部的绿泥石—碳酸盐化带δ³⁴S、δ¹⁸O值有降低的趋势。上述特征表明沙坪沟钼矿床主成矿期成矿环境由碱性向酸性过渡,且没有发生明显的低δ¹⁸O作用,成矿环境相对封闭,外部对流循环的雨水系统参与成矿作用程度相对较小,与东秦岭其他斑岩钼矿床不同。     

吉林临江荒沟山铅锌矿床流体包裹体特征及矿床成因

为确定临江荒沟山铅锌矿床成矿流体特征及矿床形成机制,笔者对矿区主成矿阶段(多金属硫化物阶段)中的铅锌矿石进行了流体包裹体岩相学、显微测温及稳定同位素研究。结果显示,包裹体均为气液两相包裹体,属NaCl-H_2O体系,且成矿流体具有中温(209℃~276℃)、中盐度(1.98~16.34wt%)、低密度(0.79~0.96 g/cm~3)的特点;成矿压力约为16.8~33.0 MPa,成矿深度为1.68~3.30 km。氢氧同位素结果显示δ~(18)O_(H_2O)和δD值分别为3.3×10~(-3)~9.9×10~(-3),-115×10~(-3)~-74.8×10~(-3),结合碳氧同位素δ~(18)O-δ~(13)C图解说明成矿流体以幔源流体为主,可能有大气降水混入。硫同位素δ~(34)S值为2.6×10~(-3)~18.9×10~(-3),具有富集重硫的特点;铅同位素~(206)Pb/~(204)Pb,~(207)Pb/~(204)Pb,~(208)Pb/~(204)Pb值分别为15.43~15.57,15.25~15.33,34.88~35.07,说明成矿物质来源于珍珠门组地层,但不排除有深源物质混入。结合区域地质,认为该矿床的成因类型为中温热液脉型铅锌矿,形成于环太平洋体系向华北板块俯冲的构造背景下,形成时代为燕山晚期。     

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息（δ¹⁸O）与冰川流域水文模型FLEX^G相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模（FLEX^G-iso）,并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明：模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEX^G-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。     

祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展与成果应用

2012年以来祁连山北坡稳定同位素生态水文学研究的初步进展包括：（1）云下蒸发和水汽再循环是降水稳定同位素演化的重要因子;（2）各水体稳定同位素年内变化指示了地表水和地下水的不同转化模态;（3）海拔2 000 m以上山区水汽再循环贡献了约24%的降水;（4）冰雪冻土带贡献了出山径流的80%左右。上述结果为祁连山国家公园范围区划和生态保护提供了科技支撑。     

散粒粗糙床面的当量糙率尺度特征

为揭示散粒粗糙床面的当量糙率尺度特征,采用4种散粒粗糙床面开展了8组粒子图像测速法(PIV)水槽明渠紊流试验,探讨了理论床面位置、当量糙率尺度和阻力系数的沿程分布规律,分析了当量糙率尺度与阻力系数的内在关系。结果表明:(1)散粒粗糙床面明渠水流特性沿程可分为颗粒区和粒间区,各区的理论床面位置参数ξ、相对当量糙率尺度k_s0和阻力系数f具有显著差异,颗粒区0. 65≤ξ≤0. 85,k_s0波动明显,f较大;粒间区ξ=1,k_s0变化相对平缓,f较小。(2) k_s0沿程平均值与颗粒直径d成正比,与排列间距Lx及水流雷诺数Re成反比,在d、Lx及Re相同时,梅花形排列的k_s0大于矩形排列。(3) f随k_s0呈递增变化,变化特性与相对光滑度h/d密切相关。研究成果可为散粒粗糙床面沿程阻力系数确定提供科学参考。