乌鲁木齐河源1号冰川夏季积雪中δ18O的时空变化

利用实测资料分析了乌鲁木齐河源1号冰川东支表层和浅层粒雪中δ18O的变化, δ18O与温度的关系以及消融和蒸发对粒雪中δ18O的影响. 分析表明: 乌鲁木齐河源1号冰川无高度效应, 受消融的影响, 且有时出现反高度效应; 消融和蒸发的结果使得来自同一降水的表面粒雪易发生稳定同位素的富集, 下伏层中δ18O的变化受上覆雪层中消融水的影响. 采样期间发现, 不同时段采样系列中的δ18O与降雪初始平均温度存在一定程度的正相关关系. δ18O/温度梯度随采样时间的滞后逐渐变小.     

中国西部不同类型冰川区积雪及其融水径流中稳定同位素比率的时空变化及其气候效应

为了调查和比较我国海洋型、大陆型和极大陆型冰川覆盖区大气降水、冰川、积雪和融水径流系统内稳定同位素比率的时空分布特征和冰雪相变时的现代同位素分馏过程,在2000—2003年间,按照季节和海拔高度分别对玉龙雪山、慕士塔格峰,念青唐古拉山的桑丹康桑峰以及天山乌鲁木齐河源的1号冰川积雪和冰雪融水径流进行了系统的采样研究.结果表明:在以玉龙雪山为代表的海洋型冰川区,新雪内的1δ8O呈现出显著的时间与空间变化,在冬季表现为“高度效应”,即δ18O值随海拔高度升高和气温降低而降低,反映出冬季风降水的特征;而经过融化的夏季积雪受到“降水量效应”、雪中含水量、蒸发等因素的影响,稳定同位素产生分馏变化“高度效应”空间变化比较复杂,反映出夏季风降水的特征,念青唐古拉山夏季积雪也有相似的特征.在极大陆型冰川分布的慕士塔格山地区和亚大陆型冰川分布的天山乌鲁木齐河源地区,夏季新雪中1δ8O则表现为“高度效应”或者“温度效应”.无论在海洋型冰川或者大陆型冰川分布区,经过融化或正在消融的残余积雪内都有明显的同位素分馏变化,1δ8O值比新雪高.受蒸发作用的影响,冰雪融水在流动过程中,1δ8O随海拔高度的降低、流程和流动时间的增加而增加.由于气候条件的差异,海洋型冰川区冰雪融水相变过程中的同位素分馏和化学作用都比大陆型冰川区强.     

祁连山森林覆盖区河川径流组成与时空变化分析

利用祁连山水源林生态系统定位研究站长期（２２ａ）观测资料,对其河川径流组成及时空变化分析表明,祁连山河川径流一个水文年可划分为枯水径流期,雪融水径流期和洪水径流雨３个时期。发源于祁连山高海拔森林覆盖区的河流均有混合补给型河流,水源补给主要有地下径流,雪融水径流,降水径流（地表径流,表层潜流,壤中流）和冰川融水径流,径流组成受水源补给影响,径流分配降受降水影响外还受到高山冰川,积雪和森林的影响,同时     

羊卓雍错流域湖水氧稳定同位素空间分布特征

2006年8月17日至9月1日对羊卓雍错和普莫雍错表层湖水以及深层湖水进行采样,共采集到55个表层水样和39个深水样,通过测量水样氧稳定同位素比率,初步揭示了该流域湖水水体中δ18O的空间变化.结果表明:羊卓雍错和普莫雍错湖水的δ18O值随深度增加逐渐增大,其主要受冰川融水补给的影响.羊卓雍错表层湖水的δ18O值变化较大,主要是和羊卓雍错湖水动力混合不充分有关,一般河水汇入区δ18O值都表现为较低值.普莫雍错表层湖水的δ18O值变化较小,由冰川融水主要补给的西岸、南岸至湖心,δ18O值逐渐增大,说明冰川融水汇入湖泊后的混合靠扩散过程和蒸发过程的作用.湖水中δ18O值高于当地冰川融水,表明湖水蒸发强烈.同时,通过均值分析,还发现羊卓雍错和普莫雍错表层湖水δ18O值存在显著差异.     

玉龙山白水1号冰川区大气降水—冰雪—水文系统内δ^18O研究的新结果

应用稳定同位素指示方法研究大气降水、冰雪和地表径流变化过程,是冰川学家、气候学家和水文学家共同感兴趣的课题之一［1～6］. 90年代开始,我国学者较详细地研究了青藏高原内陆大气降水中稳定同位素的分布和水文循环特征［7, 8］,认为水汽来源是影响青藏高原降水中δ18O值的重要因素. 在大陆气团的影响下,青藏高原降水中δ18O与温度变化同步,即所谓“温度效应”. 但在源于海洋的暖湿气流影响下,特别在季风气候区,降水中δ18O与降水量和温度存在着负相关关系,即所谓“降水量效应”. 在我国西部的广大冰川分布区,占总面积的22%为南亚季风控制的温冰川(即海洋型冰川),过去由于种种原因对季风温冰川区稳定同位素的研究报道较少. 为填补这方面的科学研究空白,我们曾于1999年6月赴欧亚大陆最南的温冰川分布区玉龙山,首次开展了本区的冰芯研究［9］. 在钻取冰芯的同时,还全面采集了冰川区不同水体, 即表面积雪、夏季降水、冰川融水和冰川补给径流的样品,进行了δ18O的测定［10］. 结果表明,雪线以上积雪中的δ18O值比雪线以下积雪内的δ18O值为高,低海拔冰川补给径流比高海拔冰川融水的δ18O浓度为低,夏季降雨中δ18O值最低. 这种分布特征说明本区局部大气环流状况随时间和高度而变化,存在着季风气候区所特有的“降水量效应”. 为进一步证实该结果,我们于2000年7月又在玉龙山进行了更为详细的工作：在白水1号冰川积累区海拔5 000 m, 4 900 m和4 700 m处开挖了3个深度分别为3.1 m, 2.6 m和2.0 m的雪坑,采样77个; 沿海拔5 000～4 500 m采集了18个表面积雪样品; 雪线以下采集了数十个冰川融水样品; 分不同高度和日期采集了数十个夏季雨水样品; 此外,还沿冰川融水补给为主的白水河分段采集了水样数十个. 所采样品在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境开放研究实验室用Delta Plus气体稳定同位素比质谱仪进行了δ18O的测定(表1),现将初步成果进行报道.     

玉龙山白水1号冰川区大气降水-冰雪-水文系统内δ18O研究的新结果

应用稳定同位素指示方法研究大气降水、冰雪和地表径流变化过程,是冰川学家、气候学家和水文学家共同感兴趣的课题之一［1～6］. 90年代开始,我国学者较详细地研究了青藏高原内陆大气降水中稳定同位素的分布和水文循环特征［7, 8］,认为水汽来源是影响青藏高原降水中δ18O值的重要因素. 在大陆气团的影响下,青藏高原降水中δ18O与温度变化同步,即所谓“温度效应”. 但在源于海洋的暖湿气流影响下,特别在季风气候区,降水中δ18O与降水量和温度存在着负相关关系,即所谓“降水量效应”. 在我国西部的广大冰川分布区,占总面积的22%为南亚季风控制的温冰川(即海洋型冰川),过去由于种种原因对季风温冰川区稳定同位素的研究报道较少. 为填补这方面的科学研究空白,我们曾于1999年6月赴欧亚大陆最南的温冰川分布区玉龙山,首次开展了本区的冰芯研究［9］. 在钻取冰芯的同时,还全面采集了冰川区不同水体, 即表面积雪、夏季降水、冰川融水和冰川补给径流的样品,进行了δ18O的测定［10］. 结果表明,雪线以上积雪中的δ18O值比雪线以下积雪内的δ18O值为高,低海拔冰川补给径流比高海拔冰川融水的δ18O浓度为低,夏季降雨中δ18O值最低. 这种分布特征说明本区局部大气环流状况随时间和高度而变化,存在着季风气候区所特有的“降水量效应”. 为进一步证实该结果,我们于2000年7月又在玉龙山进行了更为详细的工作：在白水1号冰川积累区海拔5 000 m, 4 900 m和4 700 m处开挖了3个深度分别为3.1 m, 2.6 m和2.0 m的雪坑,采样77个; 沿海拔5 000～4 500 m采集了18个表面积雪样品; 雪线以下采集了数十个冰川融水样品; 分不同高度和日期采集了数十个夏季雨水样品; 此外,还沿冰川融水补给为主的白水河分段采集了水样数十个. 所采样品在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰芯与寒区环境开放研究实验室用Delta Plus气体稳定同位素比质谱仪进行了δ18O的测定(表1),现将初步成果进行报道.     

四川黄龙降水氢、氧同位素对气候变化的指示意义

与全球大气降水线相比,黄龙大气降水线的斜率和常数项均较小,这与水滴在未饱和大气中降落时重同位素的蒸发富集作用有关,且反映了近几十年以来黄龙的气候有向暖干变化的趋势。降水稳定同位素的显著降水量效应说明黄龙降水的水汽主要来源于低纬度海洋。过剩氘的季节变化及降水氢、氧同位素的降水量效应反映了黄龙地区旱季受大陆性气团的影响,空气干燥,降水量小,因此蒸发强,重同位素的富集作用强,从而降水中稳定同位素比率高;在雨季,受来自海洋水汽的影响,空气湿润,降水量大,因此蒸发弱,重同位素的富集作用轻,从而降水中稳定同位素比率低。据此推测,降水量效应可能是不同水汽来源对降水稳定同位素影响的结果。黄龙的降水温度效应不显著,季风气候抑制和掩盖了温度效应。      

气候变化对天山北坡奎屯河高山区地表径流的影响

采用奎屯河流域的乌苏、沙湾气象站1960—2009年50 a来的气温、降水量资料和奎屯河将军庙水文站的降水量、径流量资料,分析了气温、降水、冰川等变化对奎屯河出山口地表径流的影响.结果表明:将军庙水文站年降水变化与径流量呈显著正相关;尽管气温呈上升趋势,但年径流与平原地区和出山口的气温相关不很密切,气温可通过影响蒸发增加山区消耗水量,减少径流.然而,气温变暖会加剧冰雪消融,使冰川退缩变薄,特别是消耗冰川积累量来增加河川径流.在奎屯河出山口地表年径流量中,与20世纪80年代相比,冰川径流增加了5.7%,多年平均情况下消耗冰川积累的融水径流约占冰川径流的30%.同时,随气候变化的极值化,要注意高山地区降水减少和汛期气温降低引起河川径流减少,降水、气温高值引起的年径流增大与洪水危害,以及引起河川径流的年际变幅增大,并对水利工程造成的影响.有关气候变化对河川径流定量预测有待今后进一步探讨.     

伊犁河谷大气降水同位素特征及环境意义

为研究伊犁谷地降水同位素特征及陆地内循环对其的影响,为流域水循环研究提供科学依据,于2016年在伊宁、尼勒克和新源气象站采集降水同位素样品。采用回归对照法,讨论降水氘氧稳定同位素的影响因素。研究表明,研究区大气降水线方程为δD=7.96δ^18O+10.37,与全球大气降水线较接近,水汽主要由西风带输送;氘氧同位素夏季富集冬季贫化而氘盈余无规律变化,由于降水过程不仅受温度效应,还受到水汽陆地再循环影响。冬夏季样品在D-^18O关系图中分布特征,证明冬夏影响降水同位素本地水循环因素不同,夏季以云下蒸发为主。根据对氘过量计算的夏季降水雨滴蒸发分数为4.1%~16.2%,再次证明夏季云下蒸发效应明显,而在冬季云下蒸发效应几乎不会发生。     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

Quantification and characterization of the dynamics of spring and stream water systems in the Berchtesgaden Alps with a long-term stable isotope dataset

The understanding of alpine groundwater dynamics and the interactions with surface stream water is crucial for water resources research and management in mountain regions. In order to characterize local spring and stream water systems, samples at 8 springs, 5 stream gauges and bulk samples of precipitation at 4 sites were regularly collected between January 2012 and January 2016 in the Berchtesgaden Alps for stable water isotope analysis. The sampled hydro-systems are characterized by very different dynamics of the stable isotope signatures. To quantify those differences, we analyzed the stable isotope time series and calculated mean transit times (MTT) and young water fractions (YWF) of the sampled systems. Based on the data analysis, two groups of spring systems could be identified: one group with relatively short MTT (and high YWF) and another group with long MTT (and low YWF). The MTT and the YWF of the sampled streams were intermediate, respectively. The reaction of the sampled spring and stream systems to precipitation input was studied by lag time analysis. The average lag times revealed the influence of snow and ice melt for the hydrology in the study region. It was not possible to determine the recharge elevation of the spring and stream systems due to a lack of altitude effect in the precipitation data. For two catchments, the influence of the spring water stable isotopic composition on the streamflow was shown, highlighting the importance of the spring water for the river network in the study area.     

拉萨河流域地表径流氢氧同位素空间分布特征

为了探析径流过程中稳定同位素变化特征及其控制因子, 利用2008年拉萨河流域地表径流中δ18O和δD的监测数据以及相关气象和水文资料, 初步研究了流域δ18O和δD的空间分布特征.研究发现: (1)拉萨河流域以大气降水为主要补给来源, 且干流体现了较明显的蒸发效应; (2)河水偏正的d过量参数特征指示了冰雪融水的补给特征; (3)季风降水期间, 拉萨河流域由高程效应和水平距离所造成的δ18O递减率约为0.16‰·(100 m)-1; (4)大循环尺度下, 流域内河水呈现了明显的大陆效应.研究表明高海拔地区地表径流氧氘同位素分布特征能够有效示踪流域水文循环过程, 并提供古高度变化研究的稳定同位素证据.      

北麓河多年冻土区降水及河水稳定同位素特征分析

为了进一步全面理解和探索青藏高原水文水循环过程,采用同位素方法并结合气象资料对青藏高原北麓河区域2011年6~12月降水和河水稳定同位素时空特征进行分析。探讨了北麓河降水同位素与日平均气温、降水量之间的相互关系,同时也对比分析了北麓河降水和河水的同位素变化特征。结果表明:北麓河降水同位素在整个观测期内总体受温度控制,但存在季节变化,其中6~9月降水同位素受到温度和降水量效应的共同控制,9月以后则主要受温度的影响。河水同位素与降水同位素相似的变化特征,体现了降水补给特征,另外降水量也能够影响河水同位素变化:降水量小则降水对其影响较小,反之则大。与北麓河降水线相比,河水δ18O~δD关系的斜率和截距偏大,揭示该区域河水除了受大气降水的补给外,还受到区域水体内循环和蒸发分馏作用的影响。     

基于水化学特征的长江源区生态水文学研究进展

气候变暖背景下,冰雪、冻土剧烈消融引起的寒区径流成分改变对流域径流演变规律及水循环机制产生了深刻影响。对长江源区各水体水化学特征及其生态水文学研究进行归纳总结,主要进展包括：长江源区的大气降水的水汽来源主要受西风环流和季风环流的控制。冰雪融水的水化学特征受到消融强度、消融持续时间和新雪融水的影响,同时在冰雪融水、积雪以及冰川融水之间可能存在化学离子的交换。冻土层上水受到降水、冰雪融水、地下冰融水等的混合补给,造成水化学特征变化的随机波动。海拔在4 500 m的地区是冻土层上水水化学特征对研究区离子控制源较为敏感的区域。随着海拔高度的增加,降雨直接补给对河水中化学离子的稀释作用逐渐减弱,同时,海拔从4 500 m到5 000 m的降水对河水中离子浓度的稀释效果最大,而在海拔5 000 m以上河水主要受冰雪融水的补给,降水和消融期的变化对河水水化学的影响很小。研究结果为更系统地认知寒区下垫面变化所引起的水文效应提供科学依据,为流域水资源的合理开发利用提供决策依据。     

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。     

四川鲜水河-安宁河断裂带温泉氢氧稳定同位素特征

温泉地下水同位素特征对确定断裂带地下水来源、循环过程和断裂带活动性至关重要。为了确定青藏高原东缘温泉的地下水同位素特征和流体来源本研究采集了鲜水河-安宁河断裂带上温泉水、冷泉水、河流和积雪融水等样品,进行了氢氧稳定同位素和水化学组分测定,并进行了同位素特征的对比研究。分析结果表明,温泉水体δ¹⁸O变化范围为-19.04%~-12.71‰,平均值为-16.42‰;δ²H变化范围为-144.07‰~-88.63‰,平均值为-122.37‰。河水的δ¹⁸O变化范围为-15.90‰~-10.85‰,平均值为-13.86‰;δ²H变化范围为-118.21‰~-71.12‰,平均值为-98.99‰。康定冷泉δ¹⁸O和δ²H分别为-13.66‰和-106.74‰。道孚积雪融水的δ¹⁸O和δ²H分别为-10.27‰和-65.41‰。不同类型水体样品氢氧稳定同位素组成主要分布在全球和区域大气降水线上表明了大气降水成因,缺少明显的氧同位素漂移特征。不同类型水体同位素值差异较大显示出温泉与河水、积雪融水之间补给来源的不一致性。温泉同位素值具有明显的同位素高程效应,鲜水河-安宁河断裂带上氧同位素高程效应为-0.23‰/100m,氢同位素高程效应为-1.95‰/100m。温泉氧同位素漂移与相关离子比值、Na-K-Mg三角图、Li和Sr元素等指标表明研究区域大部分温泉的水岩作用强度弱。氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出温泉的成因为远距离大气降水运移补给地下水,地下水在地下热储层加热后通过断裂上升到地表形成温泉,这为认识青藏高原东缘地热水循环、断裂带活动性与演化特征提供了依据。     

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。     

Proxy Record of a Firn-Core From an Alpine Glacier and Its Implication to Recent Glacio-Climatic Varia tions on Mt. Yulong, Southeastern Part of Tibetan Plateau

PROXY RECORD OF A FIRN-CORE FROM AN ALPINE GLACIER AND ITS IMPLICATION TO RECENT GLACIO-CLIMATIC VARIATIONS ON MT. YULONG, SOUTHEASTERN PART OF TIBETAN PLATEAU     

季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的模拟

利用稳定同位素大气水平衡模式(i AWBM)模拟了季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的时间变化,并与实际监测结果进行比较,其目的在于检验i AWBM在模拟季风区大气中水稳定同位素循环方面的能力,揭示影响水稳定同位素变化的主要原因,改善对季风区水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了长沙降水中δ18O的季节变化,季风区降水中稳定同位素雨季被贫化旱季被富集的基本特点以及存在的显著降水量效应均被模拟出.在2010年1月-2012年12月,模拟的冬季风盛行期间的加权平均δ18O为-6.58‰,与该时段的实际监测值相当;模拟的夏季风盛行期间的加权平均δ18O为-9.58‰,低于该时段的实际监测值.i AWBM主要利用大气的可降水量、水汽通量、蒸发量和降水量4个驱动变量来模拟水稳定同位素的循环.其中,可降水量对水稳定同位素变化的贡献被包含在其他3个驱动变量中.水汽通量对水汽同位素变化的贡献具有富集和贫化的双重作用,蒸发量和降水量对水汽同位素变化的贡献分别具有富集和贫化的作用.在对水汽同位素起富集作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为1.66‰,贡献率为63.97%;蒸发量的平均同位素贡献为0.91‰,贡献率为36.03%,水汽通量的同位素贡献起主要作用.在对水汽同位素起贫化作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为-1.40‰,贡献率为53.47%;降水量的平均同位素贡献为-1.09‰,贡献率为46.53%,水汽通量和降水量的同位素贡献大致相当.     

北京西山鹫峰地区氢氧稳定同位素特征分析

以北京西山鹫峰低山区为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水氢氧同位素的变化特征分析,研究低山区的降水-土壤水-泉水的转化关系。研究结果表明:该地区的雨季降水线与北京地区的地区降水线有明显区别,斜率和截距偏小;随降雨的进行氢氧同位素特征有时程变化和降雨量效应,而降雨的时程变化也对土壤水的同位素特征产生了影响;土壤水分同位素分布特征相对集中,蒸发线方程的斜率和截距相对于当地大气降水线和雨季降水线都偏小,栓皮栎混交林土壤水对于小雨量次降雨事件反应不敏感,而侧柏林的土壤水分运动较栓皮栎混交林快,说明林分类型和土壤特性对不同水体之间的转化有影响;泉水的同位素特征比较稳定,主要分布在地区降水线的右下方与雨季降水线的交点附近;不同水体中降雨的δD、δ18O变化范围较大,土壤水次之,泉水变化最小;而沿着大气降水-土壤水-地下水(泉水)这一水循环路径,水体中的δD、δ18O值总体上呈下降趋势。