西北干旱地区大气降水δ18O的特征及水汽来源

In order to reveal the characteristics and climatic controls on the stable isotopic composition of precipitation over Arid Northwestern China, eight stations have been selected from Chinese Network of Isotopes in Precipitation (CHNIP). During the year 2005 and 2006, monthly precipitation samples have been collected and analyzed for the composition of δD and δ18O. The established local meteoric water line δD=7.42 δ18O+1.38, based on the 95 ob-tained monthly composite samples, could be treated as isotopic input function across the region. The deviations of slope and intercept from the Global Meteoric Water Line indicated the specific regional meteorological conditions. The monthly δ18O values were characterized by a positive correlation with surface air temperature (δ18O (‰) =0.33 T (℃)-13.12). The amount effect visualized during summer period (δ18O (‰) = -0.04P (mm)-3.44) though not appeared at a whole yearly-scale. Spatial distributions of δ18O have properly portrayed the atmospheric circulation background in each month over Arid Northwestern China. The quan-titative simulation of δ18O, which involved a Rayleigh fractionation and a kinetic fractionation, demonstrated that the latter one was the dominating function of condensation of raindrops. Furthermore, the raindrop suffered a re-evaporation during falling processes, and the pre-cipitation vapor might have been mixed with a quantity of local recycled water vapor. Multiple linear regression equations and a δ18O-T relation have been gained by using meteorological parameters and δ18O data to evaluate physical controls on the long-term data. The estab-lished δ18O-T relation, which has been based on the present-day precipitation, could be considered as a first step of quantitatively reconstructing the historical environmental climate.     

台风“灿鸿”期间中国东部沿海城市降水中稳定同位素的变化及影响因素

为探讨极端天气降水中稳定同位素的变化,应用2015年9号台风“灿鸿”影响期间中国东部沿海城市台北、温岭、海宁、南通降水中稳定同位素资料,分析降水中稳定同位素的时空变化。结果表明：台风“灿鸿”影响期间,台北降水的δ18O平均值为-4.40‰,为最高值;温岭降水δ18O的平均值最低,为-9.80‰;海宁与南通降水的δ18O平均值居于两者之间,分别为-8.83‰和-7.88‰。4地降水δ18O均呈现出2个阶段的“厂”型变化特征。“灿鸿”降水δ18O值在时空分布上冲刷效应明显,采样站点距离台风中心越近降水δ18O值越低d值越高。台风灿鸿影响期间整个降水过程以湿润的热带海洋气团为主,台北阶段1降水受台风外围云系影响,降水的冲刷程度较轻,δ18O值偏高;台北阶段2降水与温岭降水受单一水汽团冲刷效应影响,降水δ18O不断降低;海宁和南通与灿鸿中心的距离基本相似,且水汽源相同,降水δ18O值波动比较接近。     

Seasonal air temperature variations retrieved from a Geladaindong ice core, Tibetan Plateau

A 70-year history of precipitation δ18O record has been retrieved using an ice core drilled from a plat portion of the firn area in the Guoqu Glacier (33o34′37.8″ N, 91o10′35.3″ E, 5720 m a.s.l.) on Mt. Geladaindong (the source region of Yangtze River) during October and November, 2005. Based on the seasonality of δ18O records and the significant positive rela-tionships between monsoon/non-monsoon δ18O values and summer/spring air temperature from the nearby meteorological stations, the history of summer and spring air temperature have been reconstructed for the last 70 years. The results show that both summer and spring air temperature variations present similar trends during the last 70 years. Regression analysis indicates that the slope of the temperature-δ18O relationship is 1.3℃/‰ for non-monsoon δ18O values and spring air temperature, and 0.4℃/‰ for monsoon δ18O values and summer air temperature. Variation of air temperature recorded in the ice core is consistent with that in the Northern Hemisphere (NH), however, the warming trend in the Geladaindong region is more intense than that in the NH, reflecting a higher sensitivity to global warming in the high elevation regions. In addition, warming trend is greater in spring than in summer.     

表层雪中稳定同位素季节变化及其与水汽输送的关系——以天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区为例

根据2002年9月至2005年12月在天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区采集的表层雪样品,揭示了该区表层雪中δ<'18>O值的季节变化特征,讨论了水汽输送对降水中δ<'18>O值变化的影响.研究表明,天山乌鲁木齐河源1号冰川表层雪中δ<'18>O值季节变化显著,变幅可达12.59‰左右,其变化趋势和气温的变化趋势基本一致,...     

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。     

基于水化学和稳定同位素定量评价巴音河流域地表水与地下水转化关系

以分析青海巴音河流域地表水与地下水转化关系为目标,2016年8月,沿巴音河采集了23组地表水样、13组地下水样和9组泉水样,室内分析得到了其对应的主要水化学离子和氘氧稳定同位素数据,运用统计分析、Piper三线图、Gibbs图分析了流域水化学特征;以溶解性总固体（TDS）、氯离子（Cl^-）和氧同位素（δ¹⁸O）作为示踪剂,定性分析了巴音河沿程地表水与地下水的转化关系;基于质量平衡法,运用δ¹⁸O定量计算了巴音河沿程地表水和地下水之间的转化量。研究结果表明：TDS、Cl^-、δ¹⁸O可用于定性分析巴音河流域不同河段地表水与地下水之间的转化关系,定量评估其转换强度;巴音河流域地表水和地下水的水化学类型主要为HCO₃·Cl-Ca·Mg,地下水水化学类型更为多样,地表水受控于岩石风化作用,地下水与泉水受到岩石风化与蒸发作用的影响;地表水与地下水水力联系密切,沿巴音河流向,二者相互转化频繁,上游河段,地下水主要接受地表水渗漏和沿途侧向径流补给,补给比例分别为65.33%、34.67%,至黑石山水库上游,地表水接受上游地下水和溢出泉水的补给,补给比例分别为49.54%、50.46%;中游河段,地下水接受地表水和北部山区侧向径流补给,补给比例分别为65%、35%;下游河段,地表水接受地下水和泉水补给,补给比例分别为53.12%、46.88%。研究结果有助于建立流域水循环模式、揭示水资源形成机制,可以为巴音河流域水资源可持续开发利用和生态环境保护提供理论和技术支持。     

新疆夏季云下二次蒸发对雨滴稳定同位素影响的定量研究

在干旱区,雨滴在云下降落易受到二次蒸发的影响,明确降水从云层底部降落到地面过程中稳定氢氧同位素的变化在同位素水文学研究中很有必要。基于新疆地面气象站逐小时的观测资料,采用改进后的Stewart模型,研究了新疆雨滴云下蒸发剩余比（从云下到近地面雨滴蒸发后剩余体积占原体积的百分率f）、雨滴中δD变化量（△δD）和过量氘变化量（△d）的时空特征,并分析了△d与气象要素的关系。结果表明：（1）新疆降水中△d和蒸发剩余比存在明显的空间差异。（2）当在气温低、相对湿度大、降水强度大、雨滴直径大的情况下,蒸发剩余比较大,△d接近于0,蒸发剩余比与△d间的线性关系明显,斜率较低。不同气象条件下,蒸发剩余比与△d的关系并不固定,利用这一线性关系反推蒸发剩余比应慎重。（3）敏感性分析可以得出,如果各气象站的气温升高2℃,△d降幅为0.26%~3.10%;如果相对湿度升高5%,△d升幅为1.23%~8.34%;如果雨强增大10%,△d升幅为0.06%~0.89%;如果雨滴直径增加0.2 mm,△d升幅为0.98%~8.16%,但雨滴直径增加量大于1.2 mm时,△d变化量趋于稳定。     

哈萨克斯坦东部水体氢、氧同位素和水化学特征

哈萨克斯坦是中亚干旱-半干旱地区最大的内陆国家,东部以阿尔泰山、天山与我国相隔,区内河流众多,是该国水资源的主要来源地,额尔齐斯河、伊犁河是中哈两国重要的跨境河流。通过对哈萨克斯坦东部不同区域河水和湖水的主要离子、氢、氧同位素分析,初步研究了该区域的水化学和同位素空间分布特征及其对地表水循环的指示意义。结果表明：哈萨克斯坦东部河水离子组成以HCO3-Ca为主,局部有HCO3-Na水型分布。湖水以SO4-Na为主,有少量HCO3-Ca和SO4-Ca型水。研究区内水体Ca2+、Na+、SO42-均表现出南北低中间高的空间特征。河水氢、氧同位素变化范围分别为-123.46‰～-71.22‰和-16.09‰～-10.21‰,湖水氢、氧同位素变化范围分别为-97.82‰～-9.20‰和-12.74‰～2.44‰。额尔齐斯河河水与周围补给水体的氢、氧同位素差异显著,表明其主要来源于上游补给。河水和湖水氢、氧同位素关系式分别为δD=7.546×δ18O+3.507和δD=5.737×δ18O-24.14,且河水氢、氧同位素与经、纬度显著相关,反映了明显的内陆效应,而湖水氢、氧同位素的变化则主要反映了水体的蒸发程度,水体氢、氧同位素变化敏感地示踪了该区域水体的来源与循环特征。     

Stable isotopic composition of riverine dissolved inorganic carbon of the Xijiang River Inner Estuary

For researching the spatio-temporal variation of the stable isotopic composition of the riverine dissolved inorganic carbon (DIC), we had carried out a survey throughout the hydrologic year during which the δ13CDIC of the surface water and its physicochemical pa-rameter were examined along the Xijiang River Inner Estuarine waterway from September 2006 to June 2007. There was a striking seasonal variation on the average δ13CDIC, as the average δ13CDIC in summer (?13.91‰) or autumn (?13.09‰) was much less than those in spring (?11.71‰) or winter (?12.26‰). The riverine δ13CDIC was controlled by decomposed condition of the riverine organic matter linking the seasonal variation of the physicochemical parameter in the surface water according to the correlation analysis which indicated notable relations between δ13CDIC and water temperature (p = 0.000; r = ?0.569) or between δ13CDIC and oxide-reduction potential (p = 0.000; r = 0.646). The striking positive correlation between δ13CDIC and the sampling distance happened in the summer rainy season, while striking negative correlation happened in the spring dry season, indicating that river-sea interaction influenced water physicochemical parameters and controlled the riverine DIC property in the survey waterway. In view of the riverine δ13CDIC decreasing for the decomposition of the ter-restrial organic matter in the rainy season in summer and increasing for the briny invaded zone extending in the spring dry season along the waterway from the Makou gauging station to the Modaomen outlet, the δ13CDIC spatio-temporal variation was closely related to the geographical environment of the Xijiang drainage basin.     

长沙地区蒸发皿水体蒸发过程中稳定同位素的变化特征

蒸发过程中水体同位素分馏与蒸发时的气象要素密切相关。为此,于2013年6―9月份在长沙地区进行了4组室外蒸发皿蒸发实验,从而探讨蒸发剩余水体中稳定同位素与温度、相对湿度等气象要素之间的关系。实验结果表明：1）剩余水体中稳定同位素比率随着剩余水比例f的减少而富集,在高温无雨的伏旱天气下,蒸发剩余水体中稳定同位素分馏结果与瑞利分馏模式比较吻合;2）温度越高,分馏效应也将变大,蒸发过程中稳定同位素比率的改变量也将变大,随着水体质量的减小,稳定同位素比率的变化与相对湿度呈现负相关,尤其到蒸发后期,负相关关系更为明显,这可能是由于实验后期剩余水体绝对质量太小,易受空气中稳定同位素的影响;3）蒸发线δ2H＝3.89δ18O－24.55与δ2H＝3.38δ18O－24.96的斜率和截距明显小于同时期长沙降水线δ2H＝6.85δ18O－4.4的斜率和截距,与同时期湘江河水蒸发线δ2H＝3.9δ18O－13.2的斜率接近。以上结果说明本蒸发皿实验能一定程度上体现夏季自然水体蒸发分馏情况。     

南极中山站-Dome A断面表层雪稳定同位素空间分布及环境影响因素分析

中山站-Dome A断面是表层雪稳定同位素组成分析的理想区域,沿线进行δ18O、δD和d的空间分布及环境影响因素研究对反映东南极地区的气候变化和物质来源具有关键意义。因而,本文基于线性回归及相关性分析方法,详细探究了断面上多种环境因素与表层雪稳定同位素分布的空间关系。结果表明,温度和地理因素与同位素比值之间有显著相关关系,且海拔是地理因素中的主要影响因素,随海拔上升表层雪的δ18O呈线性下降趋势。另外,通过断面上δ-T斜率与南极其他断面对比,发现斜率可能具有冰盖近岸和内陆地区较低的区域性特征,而造成这一现象的原因是水汽源区的改变和低温条件下水汽过饱和时的同位素动力分馏。最后,d的空间分布在沿海区域和内陆区域也有不同,推测主控因素分别是水汽源区条件和温度。     

东南极米洛半岛近地面大气CH_4浓度及其δ~(13)C的时空变化特征

在中国第22次南极科学考察期间,采集了东南极米洛半岛不同地点近地面大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其δ13C值,结果表明:该半岛近地面大气CH4平均浓度为(1.87±0.12)ppm,略高于全球大气甲烷平均浓度;白天10:00和夜间22:00大气CH4浓度的夏季变化呈现较大波动,与气温存在响应关系;其δ13C值变化范围为-39.31‰--37.56‰,平均值为(-38.26±0.52)‰。对米洛半岛及周边不同地点大气CH4浓度及其δ13C的分析结果表明:大气CH4浓度的空间变化范围为1.74-2.56ppm,δ13C值的变化范围为-39.31‰--31.25‰;CH4的δ13C值随其浓度的增加而增加。本文还讨论了影响米洛半岛大气CH4浓度及其δ13C值的因素。     

Stable isotopes of summer monsoonal precipitation in southern China and the moisture sources evi-dence from δ18O signature

Summer monsoons (South Asian monsoon, South China Sea monsoon and Sub-tropical monsoon) are prominent features of summertime climate over southern China. Dif-ferent monsoons carry different inflow moisture into China and control the temporal and spa-tial distributions of precipitation. Analyses of meteorological data, particularly wind, tempera-ture and pressure anomalies are traditional methods of characterizing moisture sources and transport patterns. Here, we try to utilize the evidence from stable isotopes signatures to trace summer monsoons over southern China. Based on seven CHNIP (Chinese Network of Iso-topes in Precipitation) observatory stations located in southern China, monthly composite precipitation samples have been collected and analyzed for the composition of δ18O during July, 2005. The results indicated that the spatial distributions of δ18O in precipitation could properly portray the moisture sources together with their transport pathways. Moreover, the amount effect, altitude effect, temperature effect and the correlation between δ18O vs. relative humidity were discussed.     

中国南部夏季季风降水水汽来源的稳定同位素证据

Summer monsoons （South Asian monsoon, South China Sea monsoon and Subtropical monsoon） are prominent features of summertime climate over southern China. Dif- ferent monsoons carry different inflow moisture into China and control the temporal and spatial distributions of precipitation. Analyses of meteorological data, particularly wind, tempera- ture and pressure anomalies are traditional methods of characterizing moisture sources and transport patterns. Here, we try to utilize the evidence from stable isotopes signatures to trace summer monsoons over southern China. Based on seven CHNIP （Chinese Network of Iso- topes in Precipitation） observatory stations located in southern China, monthly composite precipitation samples have been collected and analyzed for the composition of δ^18O during July, 2005. The results indicated that the spatial distributions of δ^18O in precipitation could properly portray the moisture sources together with their transport pathways. Moreover, the amount effect, altitude effect, temperature effect and the correlation between δ^18O vs. relative humidity were discussed.     

亚洲降水中δ18O沿不同水汽输送路径的变化

利用IAEA/WMO全球监测网和青藏高原的监测站,建立了由赤道地区经我国西南水汽通道至长江中下游的南方水汽输送路径、沿西风带自我国西部经华北至日本的北方水汽输送路径以及自南亚穿喜马拉雅山到我国青藏高原的水汽输送路径的取样剖面,比较了三条水汽路径在不同季节降水中啄18O的变化及其与温度、降水量的关系。沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均啄18O的季节差异较小。沿北方水汽路径,郑州以西取样站平均啄18O的季节差均大于郑州以东的取样站。随着经度的增加,降水中平均啄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啄18O相对较高,随着纬度的增加,降水中啄18O逐渐减小。在翻越喜马拉雅山后,由于强烈的洗涤作用,降水中啄18O急剧下降。     

西沙群岛琛航岛全新世珊瑚礁的起始发育时间及其海平面指示意义

以西沙群岛琛航岛珊瑚礁钻孔为材料,通过高精度铀系测年技术测定了全新世底界的年代;同时利用MAT-253同位素质谱仪和电感耦合等离子体质谱仪测定了0~20 m层段δ¹³C、δ¹⁸O和锶元素的质量分数,以U-Th年龄为基础,结合δ¹³C、δ¹⁸O和锶元素的质量分数均在16~17 m之间明显降低这一特点,得到琛航岛全新世珊瑚礁的起始发育时间为距今7 900 a前,不整合于晚更新世的珊瑚礁体（年代老于110 ka）之上,全新世礁体的厚度为16.7 m。考虑研究区域新构造活动相对稳定,以及南海现代珊瑚礁的礁坪面与大潮低潮面基本一致,琛科2井的钻孔井位高于现代礁坪约2.9 m,推测其起始发育时的位置在现代海平面大潮低潮面之下约13.8 m,即西沙群岛海域7 900 a前的海平面在现代海平面以下约13.8 m,近7 900 a以来海平面上升了至少13.8 m。这一结果为理解全新世南海珊瑚礁的发育历史及海平面变化提供了新的信息。     

34000年以来南极汞沉降通量的估算

本文统计分析了南极DomeC冰芯中汞含量和降水指征参数δ1 8O值、1 0 Be浓度的关系 ,发现冰芯中Hg含量和δ1 8O值、1 0 Be浓度变化一致 ,表明DomeC冰芯汞含量受到冰雪积累率的影响 ,而且三者变化的高度同步性可能说明其原始驱动力也是一致的 ,从而冰芯中Hg含量可以和1 0 Be浓度一样作为冰雪积累率估算的替代性指标。此外 ,利用δ1 8O数据 ,系统估算了 340 0 0年以来南极汞沉降通量的变化。结果表明 ,DomeC冰芯汞沉降通量在末次冰盛期 (LGM)最高 ,为 3.80pgcm- 2 a- 1 ,约是全新世汞沉降通量 ( 1 .0 8pgcm- 2 a- 1 )的 3.5倍 ,该变化可能主要受到汞的自然排放量影响。     

硝酸盐氮氧同位素在不同生态系统中的研究进展

硝酸盐作为氮循环中的重要物质之一,已成为地下水污染的主要形式。硝酸盐的来源分为自然源和人为源。不同来源的硝酸盐具有不同的同位素特征,因此可以利用N、O同位素来识别硝酸盐的来源、迁移和转化。本文通过综述硝酸盐的主要来源及其同位素特征,简要介绍了硝酸盐同位素检测技术的发展历程,影响同位素分馏的相关作用过程;同时简述了硝酸盐同位素在农业、沙漠、森林、城市生态系统中开展的相关研究,概述了研究中存在的问题,并展望了今后的发展方向。     

东台沟实验流域降水氧同位素特征与水汽来源

运用环境同位素技术研究水循环中水分子组成发生的微观变化,是兴起于20世纪中期研究宏观、微观水文过程机理的新技术。研究流域降水同位素时间和空间变化规律以及与降水要素的相关关系,对于研究流域水资源属性具有重要的理论与实践意义。本文以北京市怀柔区汤河口镇东台沟实验流域为研究对象,研究了该流域2003年7月至10月降水氧同位素含量及降水的时空变化,分析了降水δ¹⁸O与降水量、高程及空气湿度的关系,评估了雨量、高程及空气湿度等因子对降水过程的影响及作用,阐明了其间实验流域降水δ¹⁸O的时空分布规律,并得出实验流域在实验期间降水的主要水汽来源为由东南向西北方向。     

党河流域敦煌盆地地下水补给与演化研究

综合应用水文地球化学指标和稳定同位素技术研究了党河流域敦煌盆地地下水补给和演化规律。岩盐、石膏及芒硝等矿物的溶解对Na⁺、Ca²⁺、Cl^-及SO₄^2-离子浓度影响较大。阳离子交换作用明显,地下水中Mg²⁺和Ca²⁺浓度增加,并与碳酸盐发生沉淀,导致HCO₃^-减少。地下水的δ¹⁸O值介于-12.1‰~-7.5‰,δ²H值变化范围为-84.3‰~-61.5‰,指示了盆地不同地带地下水补给来源不同。潜水δ¹⁸O和δ²H数值随着地下水径流路径方自西南到东北越来越富集,反映了蒸发浓缩效应,南湖、盆地南部潜水同位素与河水相近,体现了现代补给。相比之下,承压水稳定同位素相对贫乏,指示过去寒冷时期的补给。该研究可以为敦煌区域地下水资源规划和管理提供一定的借鉴意义。