2006～2008年重庆大气降水δD和δ18O特征初步分析

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,在不同时间和不同地区具有很大差异.通过分析2006~2008年间重庆雨水样品的δD和δ18O,初步建立了当地的大气降水线方程.当地的大气降水稳定同位素组成在不同季节变化明显:夏季降水中的稳定同位素值普遍偏轻,而冬季降水中稳定同位素值普遍偏重.水汽来源是控制当地大气降水稳定同位素组成的最重要原因,而蒸发作用等是控制短期次降水事件中雨水稳定同位素组成的重要影响因素.     

桂林地区大气降水（大雨、暴雨）的δ18O特征与水汽来源的关系

现代大气降水中的稳定同位素组成是全球或地区性水循环研究的重要载体,同时也是冰芯、湖泊沉积物、石笋等研究领域中,运用稳定同位素来重建古气候的重要依据。本文研究了桂林地区2012年大气降水氢氧同位素组成的逐日变化,根据得到的132组氢氧稳定同位素组成建立了桂林局地大气降水线方程为δD = 8.8δ18O +17.96,大气降水的δ18O波动范围在-13.56‰～+1.07‰,平均为-5.78‰;δD在-101.52‰～+16.02‰,δD平均为-41.03‰。利用降水稳定同位素资料,结合后向轨迹法( Backwards Trajectory) 对桂林水汽来源进行追踪,发现夏季(5-10月)大气降水的水汽来源主要受来自孟加拉湾、南海海洋气团的水汽源的控制,降水的δ18O值偏负,平均为-8.02‰(共64组);冬季(11月至次年4月)大气降水的水汽来源主要受来自西太平洋暖湿气团、冬季风冷气团或西风环流所携带的大陆性气团的影响,不同程度地叠加了局地环流气团、蒸发水汽的补给的影响,降水的δ18O值偏正,平均为-2.86‰(共68组)。研究结果表明,桂林大气降水的稳定同位素组成与降水的水汽来源、季风类型、降水云团来源和性质有关,来自远距离输送夏季风海洋性水汽团形成的降水δ18O值较低(或偏负), 而大陆性气团或局地蒸发水汽循环形成的降水δ18O值较高（或偏正）。不同的水汽来源是决定降水中δ18O值变化的主要因素,因此,通过降水中的δ18O值,特别是其季节变化的特征分析,可以反过来揭示当地降水的水汽来源。      

希夏邦马峰达索普冰川区降雪中δ^18O特征及其与水汽来源的关系

１９９７ 年希夏邦马峰达索普冰川冰芯科学考察中发现, 在海拔５ ８００ ｍ 和７ ０００ ｍ 降雪中δ１８ Ｏ 值同时在９ 月９～１９ 日有一个很大的突变, 这主要是由不同的类型降水气团产生的当时海拔７ ０００ ｍ 实地观测和天气图都表明这一时期正好是西南季风和西风环流的转换时期 由西南季风引起的海洋气团因沿途多次降水过程的分馏,使水汽中δ１８ Ｏ 含量已经很低,所以海洋气团在希夏邦马峰凝结后降雪中的δ１８ Ｏ 必然也很低; 而由西风环流带来的降水气团主要为青藏高原内部湖泊、河流水汽蒸发所产生的, 这些湖泊、河流, 特别是湖泊正好是δ１８ Ｏ 富集之处 因此, 从这些水面蒸发所产生的水汽, 携带的δ１８ Ｏ 含量亦很高另外, 样品中的阳离子浓度大小顺序和 Ｃａ２＋ 离子浓度在９ 月９～１９ 日前后降雪中显著的差别,也进一步证实了上面的结论     

重庆金佛山羊口洞滴水δD和δ18O变化特征及其环境意义

为探究重庆金佛山羊口洞滴水δD、δ18O变化特征及其环境意义,于2011年10月—2013年8月,在重庆市南川区金佛山逐月采集大气降水样品及羊口洞6个滴水监测点的滴水样品进行氢氧稳定同位素测定。通过比较降水和滴水δD、δ18O的分布特征、季节变化及其与降水量和温度的相关性发现：（1）6个滴水点δD、δ18O都较均匀地分布在当地降水线附近,表明从降水到形成滴水的过程受蒸发作用影响不大,滴水δD、δ18O体现了当地大气降水δD、δ18O平均水平。（2）受洞穴上覆岩土层的调蓄作用影响,羊口洞各滴水点δD和δ18O的变化范围（-46.77～-62.09 ‰, -7.05 ～ -9.96 ‰）远小于洞外大气降水（5.17 ～-115.63 ‰和-1.44 ～ -16.10 ‰）,且较降水存在明显滞后性。但滴水δD、δ18O总体上也表现出与降水相同的夏季偏轻、冬季偏重的趋势,主要受降水水汽源地季节性差异影响。而各个监测点滴水δD和δ18O季节变化差异较大,可能受滴水点上覆岩层裂隙管道发育、覆盖层厚度、岩溶水滞留时间、形成滴水前的运移路径、滴水点的高度和滴率、滴水点距离洞穴出入口的距离等多种原因影响。（3）降水δ18O表现出“降水量效应”和“负温度效应”,羊口洞滴水δ18O与降水量总体上也呈负相关关系,而与温度（水温、洞温）的关系则呈现多样化：1#、2#、5#、6#监测点滴水δ18O与温度不相关,3#点为正相关,4#点为负相关,这与各监测点滴水δ18O季节变化差异较大有关。（4）总体而言,羊口洞滴水δD和δ18O的季节变化不够明显,利用羊口洞石笋进行季节分辨率的古气候重建可能性较低,但滴水δD和δ18O继承了当地大气降水信息,其石笋δ18O可用于重建年际～十年际及更长时间尺度的古气候变化。     

乌鲁木齐河源1号冰川冰芯δ^18O记录的现代环境过程分析

据乌鲁木齐地区一个完整年周期的大气降水样品,１号冰川连续雪坑样品及浅冰芯样品的实测δ＾１８Ｏ资料,初步探讨冰芯δ＾１８Ｏ记录的形成过程的影响因素,以及δ＾１８Ｏ与气温之间的关系转变。     

内陆河流域系统降水中的稳定同位素：乌鲁木齐河流域降水中δ^18O与温度关系

研究了乌鲁木齐河流域从下游乌鲁木齐站、中游跃进桥站和源头大西沟站降水中稳定同位素与温度的关系。揭示了内陆域系统降水中稳定同位素的变化规律。在乌重木齐河流域,降水中的δ＾１８Ｏ随海拔增高而减小,δ＾１８Ｏ与温度有密切的正相关关系,说明δ＾１８Ｏ是温度的可靠指标,在乌鲁木齐河流域,局地性降水的增加影响单个降水事件中δ＾１８与温度的关系。在是桥站和大西沟站,因局地性降水增加,所以单个降水事件中δ＾１８Ｏ     

川西南雷波地区降水的D和^18O同位素研究

通过对川西南雷波地区不同高程降水站历时一年４８个降水的Ｄ和＾１８Ｏ同位素资料的回归分析,得到本区大气降水方程,尝试把全年降水期段分为雨季和非雨季,并按降水量加权平均的方法求取和川西南地区降水量效应方程和高程效应方程及δ值高度梯度,使所得结果更加逼近实际,相关系数达０．９４７。     

季风区降水δ18O与云顶气压关系

不同于高纬地区, 中低纬度季风区降水稳定同位素变化较复杂, 降水稳定同位素 "温度效应"不明显, 而出现显著的"降水量效应"。而通过地表的数据分析很难解释影响季风区降水稳定同位素变化的过程与机制, 这使得对于季风区稳定同位素气候记录的解释存在不同认识。本文利用GNIP降水稳定同位素数据和ISCCP D2云气候资料, 通过分析降水 δ18O与云顶气压的关系, 试图从降水过程中的水汽传输来解释季风区降水稳定同位素的变化特征。研究发现季风区降水 δ18O与云顶气压在局地和区域尺度上均有显著正相关关系, 夏季风爆发时云顶气压和降水 δ18O都显著降低, 表明云抬升高度对降水 δ18O的重要影响。这种关系表明季风区降水 δ18O除受局地过程的影响外, 还受大尺度对流活动的影响。本研究从不同角度证明了对流降水是季风区降水稳定同位素出现"降水量效应"的重要因素。季风活动越强, 云顶高度越高, 凝结温度越低, 从而导致降水中 δ18O越低, 是出现同位素"降水量效应"的机制。     

南京大气降水氧同位素变化及水汽来源分析

研究结论有助于了解南京地区的水汽输送以及水汽循环过程。在全球大气降水同位素观测网(GNIP)南京站点的大气降水氢氧同位素资料基础上,并结合相关气象资料,分析了南京地区大气降水稳定同位素时间分布特征及其影响因素,并建立了局地大气降水线方程。结果表明:南京地区大气降水中δ¹⁸O春季最为富集、夏季最为贫化;年尺度下降水δ¹⁸O与温度之间不存在正相关,而与降水量之间存在负相关;季节尺度下,冬季的δ¹⁸O与温度、降水量的关系与年尺度结果相反,皆呈现出正相关关系。采用HYSPLIT模型对站点水汽来源进行追踪,并结合季风活动分析得出:全年中南京大气降水δ¹⁸O变化主要受亚洲夏、冬季风及其带来的水汽影响,在季风交替时节(春、秋季)虽降水源于局地蒸发水汽,但仍为季风带来降水的影响。     

Low δ18O eclogites from the Kokchetav massif, northern Kazakhstan

Oxygen isotopic compositions of silicates in eclogites and whiteschists from the Kokchetav massif were analyzed by whole‐grain CO₂‐laser fluorination methods. Systematic analyses yield extremely low δ¹⁸O for eclogites, as low as ?3.9‰ for garnet; these values are comparable with those reported for the Dabie‐Sulu UHP eclogites. Oxygen isotopic compositions are heterogeneous in samples of eclogite, even on an outcrop scale. Schists have rather uniform oxygen isotope values compared to eclogites, and low δ¹⁸O is not observed. Isotope thermometry indicates that both eclogites and schists achieved high‐temperature isotopic equilibration at 500–800 °C. This implies that retrograde metamorphic recrystallization barely modified the peak‐metamorphic oxygen isotopic signatures. A possible geological environment to account for the low‐δ¹⁸O basaltic protolith is a continental rift, most likely subjected to the conditions of a cold climate. After the basalt interacted with low δ¹⁸O meteoric water, it was tectonically inserted into the surrounding sedimentary units prior to, or during subduction and UHP metamorphism.     

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。     

应用D、18O同位素示踪孝感市厚层黏性土中土壤水入渗补给及其生态环境效应

黏性土的渗透系数极低，水分及溶质在黏性土中运移速率慢、耗时长，本次研究通过分析大别山区-江汉平原三水转换野外科学试验场（下文简称"试验场"）ZK1、ZK2钻孔剖面土壤水、大气降雨D、¹⁸O同位素测试数据与孝感站（站号57482）多年年降雨量数据，确定了厚层黏性土土壤水入渗补给年份与深度的对应关系。结果表明：试验场区黏性土垂向岩性差异较小，无明显分层现象，土壤水分以"活塞流"的方式向下运移，夏、秋季的大气降雨为土壤水的主要补给来源；ZK1（取样间隔0.5~2.7 m，深度15 m）的土壤水δD、δ¹⁸O值随着埋深的增大出现周期性的波动，ZK2（取样间隔0.1 m，深度6.2 m）的土壤水δD、δ¹⁸O值随着埋深的增大出现分层波动现象；确定了黏性土层0~6.2 m深度对应的降雨入渗补给年份，并通过¹⁸O的峰值位移法计算得出降雨入渗补给在黏性土层的垂向运移速度为10.8~15.0 cm/a，年均入渗补给量为43.1~58.1 mm，占多年年均降雨量的4.01%，推算出降雨入渗补给需要近130年的时间才能穿透试验场厚层黏性土补给至地下水含水层，表明该厚层黏性土的防污性能良好。本研究所揭示大气-土壤界面下黏性土土壤水分入渗迁移历史演化特征及补给年际对应关系，对江汉平原区地下水环境保护、生态环境改善、旱涝灾害防治等具有重要意义。     

基于氢氧稳定同位素的武汉北部新城地表水-地下水转换关系研究

【研究目的】揭示武汉北部新城地表水、地下水的氢氧稳定同位素特征及其相互作用。【研究方法】2019年，采集、测定了降水样7件、河水样6件、水库样14件、民井样98件、泉水样3件和钻孔样11件，并收集到武汉站1986—1998年的监测数据50件，以空间分析和流域分析为基础，氢氧稳定同位素分析为手段。【研究结果】（1）武汉降水氢氧同位素随季节变化，并表现出“降雨效应”明显、“温度效应”不明显的特点；（2）地表水在枯水期受到强烈的蒸散发，表现出一定的“地貌效应”与“干支流效应”的特征；（3）民井、泉和钻孔等地下水均源于大气降水，表现出“含水层埋深效应”与“山区平原效应”的特点；（4）枯水期，界河流域中界河获得了上游水库和地下水的补给，夏家寺水库流域中夏家寺水库得到了地下水补给。【结论】氢氧同位素能显著提高武汉北部新城地表水-地下水相互转换规律的认识。创新点：利用各类水体氢氧同位素组成及空间分布特征，揭示了武汉北部新城降水、地表水和地下水相互转换的规律     

用氢氧稳定同位素揭示闽江河口区河水、地下水和海水的相互作用

为了揭示闽江河口两岸的地下水形成演化规律以及河口区河水、地下水和海水的相互作用,分别于2009年枯水期(10至11月)和2010年丰水期(7至8月),在闽江河口区采集了河水、地下水和海水样品,测定了水样的氢氧稳定同位素组成和盐度.研究结果表明:(1)闽江河口两岸的浅层地下水主要接受降水补给,北岸地下水还接受山区基岩裂隙水补给,南岸浅层地下水在枯水期还接受经过蒸发作用的灌溉水补给;(2)闽江河口区,枯、丰水期河水与地下水的补排关系始终表现为地下水补给河水,枯水期南岸地下水在河口混合中的贡献明显增大;(3)海岸带含水层基本上不存在海水入侵,仅局部含水层有微弱的海水入侵迹象;(4)丰水期和枯水期的淡咸水混合带在河口中的位置和混合类型存在明显差异.     

Changes of δ<Superscript>18</Superscript>O and δD along the Dousitu River,Inner Mongolia,China, and their evidence of river water evaporation

On the basis of the hydrogeology of the Dousitu River drainage basin, the changes of water flow rate, δ¹⁸O and δD along the Dousitu River are discussed according to measured and analytical results. Changes of flow rate along the Dousitu River agree well with groundwater level contours and the recharge and discharge of groundwater to the river. When compared with other types of water in the area, it is obvious that the ¹⁸O and D of river waters have experienced evaporation. The changes of δ¹⁸O and δD along the Dousitu River are mainly caused by combined effects of groundwater recharge and river water evaporation. The recharge of groundwater makes δ¹⁸O and δD of the river water decrease. Evaporation makes δ¹⁸O and δD of the river water increase. The evaporation fractions of the river water are calculated using the kinetic fractionation theory. Results showed as much as 10–30% of water was evaporated in different segments of Dousitu River.