贵州纳朵洞洞穴滴水、现代沉积物δ18O特征及其环境意义

为了研究洞穴滴水及其对应的现代沉积物氧同位素的变化特征和对外界气候环境的指示意义,文章对贵州纳朵洞洞外大气降水、洞穴池水、6处滴水点及其对应的现代沉积物氧同位素进行了近2年的监测。结果显示纳朵洞外大气降水和洞穴池水δ18O值均呈现旱季偏重,雨季偏轻的季节特征,基本能反映洞穴所在区域的气候变化。而滴水沉积物δ18O值和滴水δ18O值自身存在协调同步的季节特征,但二者δ18O值与大气降水δ18 O值却呈现反向的季节变化,这可能是区域地形、岩溶表层带的调节和大气环流共同作用的结果。      

武都万象洞方解石现代沉积体系δ~(18)O值月变化特征

万象洞所在地大气降水同位素值年内波动较大,变化起止时间存在显著的年际差异。观测期内,武都降水同位素δD-δ18O组合特征与周边城市降水同位素多年平均值重建的区域降水雨水线基本重合,洞穴所在地区降水同位素具有很好的区域代表性。洞穴滴水同位素值年内变化幅度较小,基本反映了当地大气降水同位素值的月加权平均水平。洞穴次生碳酸盐与洞穴滴水之间符合同位素平衡分馏基本规律。季节尺度上,不同监测点滴水及次生碳酸盐δ18O值因受地下水混合作用强弱差异及洞穴温度的小幅变化等影响而略有差异;年际变化上,夏季风爆发前后降雨量的权重及爆发时间的早晚对洞穴滴水-碳酸盐体系同位素水平存在一定的影响。万象洞洞穴滴水、石笋氧同位素信号在年代际尺度上可以很好地指示区域内大气降水的同位素变化特征。     

天山乌鲁木齐河流域山区降水δ18O和δD 特征及水汽来源分析

依据乌鲁木齐河流域山区3个站点实测次降水δ18O和δD数据以及气象观测资料,结合临近GNIP(Global Network of Isotopes in Precipitation)站点数据,对其降水δ18O和δD特征及水汽来源进行了分析。结果表明,大气降水中δ18O值波动范围大,但呈现明显的季节性变化:冬季降水δ18O较低,夏季降水δ18O较高。受流域山区气候和地理条件影响,从上游到下游各站点大气降水线截距和斜率均呈现逐渐减小趋势。大气降水中δ18O和δD与日均气温存在密切正相关关系,且温度与δ18O之间的相关性优于δD。降水中d-excess值也表现出季节性变化,冬季降水d-excess值高于夏季降水。利用HYSPLIT 4.0气团轨迹模型,得出夏季水汽主要来源西风环流输送,冬季受西风环流和极地气团共同影响。     

2006～2008年重庆大气降水δD和δ18 O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.     

青藏高原西部降水中δ18O变化特征

根据青藏高原西部阿里地区狮泉河气象站和改则气象站取得的降水水样和降水气象资料, 分析了该区域降水中δ18O的变化特征.结果表明: 在长时间尺度上, 狮泉河和改则两站点历次降水中δ18O和气温之间都有较好的正相关, 尤其是降水中月平均δ18O与月平均降水温度之间相关性更加显著, 降水中δ18O主要受"温度效应"的影响.而在其中的某一年, 这种相关性不是很明显, 而且在降水中δ18O和降水时温度之间的相关性很好的年份, 在7月底或8月份初短期内降水中δ18O几乎都有一个突然降低的事件, 这可能与印度季风水汽输送有关.与狮泉河站相比, 在改则降水中δ18O和气温二者之间这种相关性相对较弱, 这与改则当地内陆水循环特别是强烈蒸发引起的降水有关.     

iGCM模拟全球典型站点降水中δ18O的效果评价以及香港站δ18O年际震荡的原因探讨

为了评价不同的稳定同位素大气环流模式（iGCM）在不同气候区的适用性,利用8个水稳定同位素大气环流模式（CAM2、ECHAM4、GISSE-F、HADAM3、ISOGSM、LMDZ4、GISSE-N和MUGCM）的数据和全球降水同位素监测网（GNIP）的实测数据,分析了全球13个气候大区（高山高原、热带季风、热带雨林、热带海洋、热带草原、地中海、亚热带湿润、亚热带季风、温带海洋、温带大陆性干旱、温带大陆性、亚寒带针叶林和寒带冰原气候）的典型站点降水中δ¹⁸O的季节变化,评价了模式的月数据相对于GNIP实测数据的模拟效果。结果表明,LMDZ4、GISSE-N和ECHAM3这3个模式的整体模拟效果较好,且不同站点降水中δ¹⁸O的季节变化原因可以从不同季节水汽来源的差异和水汽在输送过程中降水量的季节差异来分析。为了深入分析单站降水中δ¹⁸O的年际变化,利用香港站的长时间序列数据分析了降水中δ¹⁸O的年际变化与大气环流异常的关系,并对实测和模拟结果进行了分析。结果表明,ECHAM4和LMDZ4这两个模式能够模拟出香港站降水中δ¹⁸O与南方涛动指数（SOI）的负相关关系。通过分析1998年和1999年大气环流异常对香港站降水中δ¹⁸O的影响,得出水汽来源的年际变化以及水汽输送带上游地区降水的多寡可能是造成香港地区降水中δ¹⁸O年际变化的主要原因。

     

黑河流域中上游地区降水δ18O变化特征

水资源短缺和合理利用是黑河流域面临的一个严峻问题,解决问题的关键就是要深入了解水循环过程.降水作为水循环中一个重要环节,分析其环境同位素变化特征是应用同位素示踪技术研究水循环过程所必须的前提.根据黑河流域中上游地区取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中δ¹⁸O的变化特征.结果表明:降水δ¹⁸O受降水量、季节、高度和温度等众多因素综合影响,其中温度占主导地位;由于位于干旱内陆地区,降水中δ¹⁸O的季节变化幅度较大,可达20‰以上;降水δ¹⁸O与降水前后平均气温的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与降水前气温或降水后气温的相关性.从空间上来看,山区或上游地区降水δ¹⁸O与气温之间的相关性显著,分别高于δ¹⁸O与山前或山前盆地的相关性.     

桂林洞穴滴水与现代碳酸钙δ18O记录的环境意义--以桂林七星岩NO.15支洞为例

现代洞穴动态监测的一个先决条件就是为洞穴碳酸盐(CaCO₃)沉积物-石笋的各种替代指标的解译提供可靠的依据,充分利用现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的各种替代指标,并与现代器测气象资料进行相互对比、并用以校正,是精确或定量解释石笋气候替代指标的关键.
经对桂林七星岩15号支洞的5个滴水点进行了长达四个水文年(2008~2011年)的大气降水、洞穴滴水、现代碳酸盐沉积物的动态监测和研究,并探讨了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O与降水δ18O的相关关系.研究表明,洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的年平均δ18O值非常接近降水的δ18O平均值,并具有与地表降水δ18O相同的变化趋势,反映了洞穴滴水和现代碳酸盐(CaCO₃)的δ18O主要来自大气降水的δ18O,即明显受控于降水的δ18O.在4个水文年中,现代洞穴次生化学碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O值与滴水的δ18O值记录的年内(或年际)变化或多年的变化趋势基本相同,表现出明显的四高峰(δ18O低值区)四低谷(δ18O高值区)的波动变化特征,具有明显的年际、季节性变化规律,显示具有雨热同季的特点.研究结果表明洞穴滴水和洞穴现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O可以记录当地或洞穴上方的气候变化信号,即现代碳酸盐(CaCO₃)沉积物的δ18O主要作为夏季风强度或降雨量的替代指标.     

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。      

德令哈降水中δ18O年际变化与水汽输送

根据德令哈地区1992—2001年的降水中δ18O数据及降水时刻所记录的相关气象参数,并对比中国气象局气象资料和NCEP/NCAR格点气象数据,利用相关、回归等分析方法分别对该地区降水中δ18O与温度、降水量以及水汽通量之间的关系进行分析,并讨论了降水量与大气环流的变化关系,揭示了影响该地区降水中δ18O变化的气象因素,特别是与水汽来源之间的关系。研究结果表明,德令哈降水中δ18O年际变化表现出一定程度的“温度效应”,但与温度的相关性要低于季节尺度。不同类型汽团的水汽输送是影响降水中δ18O年际变化的另一个重要原因。     

开放洞穴环境变化特征及其影响因素:以桂林凉风洞为例

通过对桂林凉风洞洞穴内、外温湿度、pCO2进行连续高频监测,发现洞穴温度受大气度温影响呈现出季节性变化规律。由于受到洞穴结构的阻隔作用影响,洞穴由外向里的温度变化幅度逐渐变小,并且响应的时间存在季节性差异。监测数据表明:洞穴内部温度的季节性变化幅度明显低于洞外气温变化幅度。比较洞内、外温度的时间序列发现,在季节尺度上洞穴温度升温阶段滞后时间长（与外部通风的气温流动交换慢）,降温阶段滞后时间短（与外部通风的气温流动交换快,呈现突变特征）,这可能与不同季节洞穴内部结构的“缓冲作用”的强弱变化有关。该洞穴空气中pCO2存在明显的夏季高、冬季低的季节性变化特征。并且外界大气环境季节性变化和洞穴上覆动植物的季节性活动,使得洞穴pCO2主控因素也存在季节性差异。      

中国南方降水δ18O年际变化响应ENSO机理的再分析

中国南方石笋δ18O记录已成为重建过去季风变化历史的重要载体,然而对石笋δ18O记录的气候解译目前仍存在争议.本文基于模拟数据和气象观测数据建立了1979-2016年中国南方16个主要城市的降水δ18O年际变化序列,并利用主成分分析方法提取了这些δ18O序列的第一主成分.该主成分序列与海洋尼诺指数总体上呈现出显著正相关...     

贵州七星洞系统中水文地球化学特征对滴水δ~(13)C_(DIC)的影响及其意义

2003年4月至2004年5月,笔者对贵州七星洞(QXD)进行了较为详细的监测,逐月采集了土壤水和洞穴滴水等样品,分别测定了样品的稳定碳同位素组成和水文地球化学参数。结果显示,9个滴水点同期的溶解无机碳同位素值(δ13CDIC)之间存在着大的差异,最大达6.9‰;δ13CDIC值偏重的Ⅰ组滴水,其Ca、Sr、HCO3、电导率(EC)和方解石饱和指数(SIC)等水文地球化学指标偏小,而Mg/Ca比值偏大,Ⅱ组则相反;不同滴水点的δ13CDIC值分别与相应滴水的Ca、Sr、HCO3、EC、Mg/Ca和SIC等水文地球化学指标之间存在较好的相关关系。进一步分析表明,与土壤水δ13CDIC平均值-9.9‰相比,Ⅰ组1#、2#、6#、7#和8#滴水点δ13CDIC值偏重4.5‰～5.7‰,主要是由大量的基岩溶解以及前期方解石沉积(prior calcite precipitation,PCP)共同作用的结果;Ⅱ组3#、4#、5#和9#滴水点δ13CDIC值偏重0.6‰～1.6‰,受基岩溶解和PCP过程影响较小,尤其是9#滴水点受影响最小。因此,若不考虑基岩溶解和PCP过程影响作用,将会极大地影响洞穴化学沉积物碳同位素记录的准确解释。     

大九湖泥炭地现代植物不同组分的δ18O特征及其古气候意义

最初学者利用泥炭植物同位素重建气候变化是参考树轮的研究方法,而树轮中不同组分的同位素对气候变化的响应不同。泥炭地植物不同组分的同位素对气候的响应是否也存在差异,需要进一步探讨和研究。此外,不同泥炭地植物δ¹⁸O的气候学解译存在一定的争议,这些解译的差异要求我们在利用泥炭δ¹⁸O重建古气候时需结合泥炭地现代过程的监测。文章以中国东部季风区的大九湖泥炭地为研究区域,测试研究区现代植被α纤维素与综纤维素的δ¹⁸O,对比两者的分布特征及其在时间序列上的相关性,进而探讨它们对气候因子的响应程度。结果表明：大九湖泥炭地植物δ¹⁸O分布较离散,平均值为25.09‰,α纤维素的δ¹⁸O比综纤维素δ¹⁸O偏正0.79‰~1.06‰,两种组分的δ¹⁸O在季节变化序列上没有明显的相关性。通过与区域气候因子的对比,我们发现温度是影响该地区植物δ¹⁸O变化的主要因素,而且植物α纤维素的δ¹⁸O比综纤维素的δ¹⁸O对温度响应更敏感,植物α纤维素更适用于作为研究古气候变化的载体,这一结果为中国东部季风内将泥炭地植物α纤维素的δ¹⁸O作为温度变化的代用指标提供了实验支持。

     

“雨量效应”与“环流效应”:近1 ka亚澳季风区石笋和大气降水δ18O的气候意义

亚澳季风主要由东亚季风、印度季风和澳大利亚季风三部分组成。目前,该地区石笋和大气降水δ18O气候意义的最大争议在于到底反映的是降水量变化还是水汽源的变化。针对这一争议,本文选取亚澳季风区的18个大气降水站点和5个洞穴近1 ka石笋记录的δ18O数据进行对比分析,主要得到以下几点认识：1）在月时间尺度上,亚澳季风区大气降水δ18O与月降水量均呈现明显的反相关关系,数学统计结果符合"雨量效应",而实质原因是不同季节水汽源的差异。2）在年际尺度上,在东亚季风区与澳大利亚季风区大气降水δ18O的年加权平均值与年降水量的相关性并不明显,但在印度季风区呈现明显的负相关关系,说明主要受相对单一水汽源影响的印度季风区大气降水中δ18O的年际变化"雨量效应"显著;在受复合水汽源影响的东亚季风与澳大利亚季风区"雨量效应"并不显著。3）在亚澳季风影响的广大地区,各地区年际尺度的大气降水中δ18O变化趋势以及近1 ka洞穴石笋记录δ18O变化趋势均呈现相似的特征,但二者本质并不相同。印度季风区大气降水和石笋δ18O反映的是"雨量效应",但在受复合水汽源影响的东亚季风与澳大利亚季风区大气降水δ18O和石笋δ18O反映的是"环流效应"。     

山东半岛石笋记录的倒数第二次冰消期δ18O变化特征及其气候环境意义

文章基于山东半岛岩溶洞穴(上小峰洞)一根长约41 cm的石笋SD1的铀系测年和稳定同位素组成分析,获得138. 0~125. 8 ka B. P.平均分辨率为30年的石笋δ18O 和δ13C时间序列,并据此讨论了倒数第二次冰消期区域气候和环境变化的特征及与全球变化的联系.在倒数第二次冰消期,上小峰洞石笋( SD1)δ18O的变化与中国南方石笋δ18O的变化具有类似的阶段变化特征,进一步确认了冰消期北大西洋气候对亚洲季风的重要影响.通过对山东石笋高分辨δ18O记录进行时间序列分析,发现该记录存在显著的约60年、 75年和1620年周期,表明太阳活动和北大西洋涛动与该地区气候变化有紧密的联系.同时,通过对比东亚季风区高分辨率石笋记录,认为在倒数第二次冰消期为"两步冰消"的变化特征.除此之外,上小峰洞石笋碳酸盐δ18O冰期和间冰期平均值的差异仅为0. 7‰,远小于内陆洞穴石笋碳酸盐δ18O冰期和间冰期平均值的差异(羊口洞约为1. 4‰,董哥洞约为2. 2‰,三宝洞约为2. 4‰).这一显著差异可能主要源于海岸线迁移造成的海陆格局的变化对区域季风降水及降水氧同位素组成的重要影响;并且冰期-间冰期海平面变化对近海环境记录、大陆架下垫面、海洋沉积物气候指标等都可能产生影响.