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.     

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.     

孟氏螺蛳壳体氧同位素组成记录的季节性温度变化

软体动物壳体的碳酸盐氧同位素组成与周围水体环境密切相关,是重建古气候的重要载体。孟氏螺蛳个体较大,是滇中地区特有的螺蛳属,在滇中地区第四纪湖岸阶地广泛分布,然而其壳体的氧同位素能否用于重建区域季节性气候信号仍不清晰。本研究通过收集杞麓湖的现生孟氏螺蛳壳体,沿着壳体螺旋生长方向连续取样(选取两个壳体,分别采集45个和46个样),测试其壳体的碳酸盐δ¹⁸O值,分析并讨论了壳体δ¹⁸O与湖水温度和湖水δ¹⁸O_w的耦合关系,研究结果表明,1)孟氏螺蛳壳体内部沿生长方向的氧同位素具有显著的季节性的波动特征;2)壳体碳酸盐氧同位素符合平衡沉降条件下的氧同位素分馏特征,其δ¹⁸O值与湖泊温度和湖水δ¹⁸O_w密切相关;3)杞麓湖现代孟氏螺蛳壳体δ¹⁸O值的波动主要受温度的季节性变化控制,在具有湖水δ¹⁸O_w值的情况下,壳体δ¹⁸O值可靠记录了区域季节性湖水温度变化...     

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.     

我国西部高寒山区同位素生态水文研究进展

我国西部高寒山区是亚洲水塔,是重要的生态屏障区.随着环境同位素测试技术的发展和相关理论的成熟,稳定同位素技术已成为集示踪、整合和指示等多项功能于一体的技术.本文基于前人的研究结果,对我国西部高寒山区同位素生态水文研究进行了梳理和总结,表明西部高寒山区大气降水线为δD=7.44δ¹⁸O+5.23(R²=0.86).降水稳定同位素的温度效应从南向北呈现增加趋势,而降水量效应呈现相反的变化趋势.研究区水汽来源复杂,当温度效应小于0时,水汽来源由西南季风主导;温度效应为0～0.3时,水汽来源由西南季风和西风共同主导;温度效应大于0.3时,水汽来源由西风主导.不同水体受水源补给、环境作用等的影响存在差异性,使得各水体稳定同位素局地蒸发线的斜率大小依次为：河水>冰雪融水>地下水.西部高寒山区降水中δ¹⁸O海拔效应为-1.3‰/100m,河水δ¹⁸O海拔效应为-0.17‰/100m.研究区植被水分来源主要是土壤水,对水分的利用率与植被类型及区域环境密切相关.水汽再循环已成为区域降水水汽来源的重要组成部...     

羊卓雍错流域降水中稳定氧同位素变化特征

根据青藏高原南部羊卓雍错流域白地、翁果和堆乡3个水文站2004年1~10月降水中δ¹⁸O的测定结果,分析了该流域降水中δ¹⁸O的变化特征及其与温度和降水量之间的关系.结果表明:3个站点降水中δ¹⁸O的值在雨季前变化不大,且都保持相对高值;进入雨季后都开始下降,雨季结束后又均开始增大.该流域夏季降水中δ¹⁸O表现出低值的特征与夏季西南季风的强烈活动密切相关.受西南季风影响,3个站点夏季降水均表现出季风降水的特征,降水中δ¹⁸O与降水时温度关系不明显,而与降水量之间存在着一定的反向变化趋势,从而表现出一定的“降水量效应”.羊卓雍错流域降水中δ¹⁸O的这种变化特征与拉萨的基本一致.     

基于洞穴钙板碳、氧同位素和Δ47温标的青藏高原东南缘MIS7.2时段气候变化过程与机制探讨

本研究基于云南香格里拉石卡雪山高原面洞穴钙板SK下部约8.2 cm厚的7个²³⁰Th年龄、 81组碳氧同位素和9个Δ47温度数据,恢复了MIS 7.2时段的气候变化历史。SK-δ¹⁸O序列重建了213.75～199.74 ka B. P.时段的印度夏季风演变过程,平均分辨率约180 a,该序列显示δ¹⁸O值在209.17 ka B. P.和205.00 ka B. P.前后显著正偏,清晰记录了两个千年尺度季风减弱事件。通过与亚洲季风区石笋记录的对比发现,在MIS 7.2开始阶段印度夏季风与东亚夏季风同步变化,但在结束阶段,SK记录早于三宝洞记录约4000 a,考虑到样品年代误差及分辨率等因素,认为该时段轨道尺度上亚洲季风具有一致变化,但是准确时间还有待进一步厘清。Δ47古温度曲线与δ¹⁸O、δ¹³C记录的对比显示出MIS 7.2结束时段水热异步变化特征,与黄土-古土壤序列结论类似,不同的是SK记录的温度直接响应北半球太阳辐照度变化,而不是响应南极温度变化。SK记录显示夏季温度从...     

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。     

新德里季风降水中过量氘与季风水汽来源

收集和分析了新德里降水中同位素资料(δ¹⁸O和δD),利用季风水线方程对个别年份缺测的δD资料进行估计,建立了新德里36 a夏季过量氘序列.基于降水中过量氘和水汽源区相对湿度关系考虑,利用NCEP/NCAR再分析资料,研究了新德里夏季过量氘序列和水汽源区相对湿度的关系.研究发现,西阿拉伯海相对湿度变化和新德里季风降水中过量氘变化较为一致.结合西阿拉伯海风速和印度西北地区季风降水量资料分析结果,认为西阿拉伯海是新德里季风水汽的主要来源.     

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。     

MIS3阶段千年尺度突变事件在中国石笋δ13C记录中的印迹

基于山西阳泉市莲花洞石笋8个230Th年代和109个δ13C数据,获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ13C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ13C记录表明:不同洞穴石笋δ13C记录在相同生长时段具有较好的重现性,δ13C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO₂产率,从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ13C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger（DO）10~14事件,而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ13C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海－气耦合响应于北高纬气候变化。      

青藏高原东北部黄土次生碳酸盐氧同位素的古气候意义

黄土中含有较为丰富的碳酸盐,其中次生碳酸盐记录了成壤时期的气候和环境,可以用来重建古气候.测试了末次盛冰期和全新世早期青藏高原东北部乐都、中国东北和新疆巴音布鲁克黄土中次生碳酸盐的δ18O值,结果显示高原东北部这两个时期的δ18O值分别为-1.38‰和-5.58‰,比该地区现代季风气候条件下次生碳酸盐δ18O理论值分别高5.74‰和1.54‰.温度的差异不足以导致次生碳酸盐δ18O值如此幅度的变化.同时,末次盛冰期和全新世早期乐都地区黄土中次生碳酸盐的δ18O值比同时期黄土高原和东北地区等东亚季风区明显偏正约2.0‰~6.2‰,但其与新疆等西风区次生碳酸盐的δ18O相近.这些不同时期黄土中次生碳酸盐的δ18O值的分布特征及空间差异,可能反映东亚夏季风夹带的水汽可能不是青藏高原东北部末次盛冰期和全新世早期降水最重要的来源,而西风降水和（或）局部水汽蒸发循环对该地区的降水可能有重要贡献.青藏高原东北部黄土次生碳酸盐的δ18O值从末次盛冰期到全新世早期逐渐降低,这可能是由于气候由干冷向暖湿转变、有效湿度增加而导致的.有限的数据表明不同气候带（青藏高原东北部、东亚季风区和西风带）的黄土中次生碳酸盐氧同位素存在明显差异,它所代表的气候意义值得进一步的深入研究.      

近1 000年来百年尺度亚洲季风降水变化和太阳活动的机制联系

太阳活动与地球气候系统之间的关系一直是全球变化研究的热点,但是对于两者联系机制的认识仍存在不足。本文选取贵州董哥洞高分辨率和高精度定年的石笋氧同位素（δ18O）记录,探索近1 000年以来亚洲夏季风降水、北半球温度与太阳活动之间的关系,进而探讨亚洲夏季风的变化机制。通过功率谱和小波分析,发现太阳活动,北半球温度和亚洲季风变化均存在显著的准200年周期行为。进一步提取并函数拟和准200年周期信号,对比发现太阳活动和北半球温度变化呈现同相位联系,但与亚洲季风变化呈现反相位关系,这一结果也得到了交叉谱分析结果的支持。上述对比结果支持太阳辐射变化调控北半球温度变化的观点,同时,揭示了太阳活动影响亚洲季风变化的复杂性。地球气候系统内部驱动机制和人类活动影响有可能调节或者改变太阳辐射与亚洲季风之间的联系机制。随着人类活动加强,尤其是温室气体排放加剧,很有可能影响对流层径向温度梯度的变化,从而增加亚洲季风变化预测的不可预知性。      

Holocene ITCZ and Indian monsoon dynamics recorded in stalagmites from Oman and Yemen (Socotra)

High-resolution oxygen isotope (δ¹⁸O) profiles of Holocene stalagmites from four caves in Northern and Southern Oman and Yemen (Socotra) provide detailed information on fluctuations in precipitation along a latitudinal transect from 12°N to 23°N. δ¹⁸O values reflect the amount of precipitation which is primarily controlled by the mean latitudinal position of the ITCZ and dynamics of the Indian summer monsoon (ISM). During the early Holocene rapidly decreasing δ¹⁸O values indicate a rapid northward displacement in the mean latitudinal position of the summer ITCZ and the associated ISM rainfall belt, with decadal- to centennial-scale changes in monsoon precipitation correlating well with high-latitude temperature variations recorded in Greenland ice cores. During the middle to late Holocene the summer ITCZ continuously migrated southward and monsoon precipitation decreased gradually in response to decreasing solar insolation, a trend, which is also recorded in other monsoon records from the Indian and East Asian monsoon domains. Importantly, there is no evidence for an abrupt middle Holocene weakening in monsoon precipitation. Although abrupt monsoon events are apparent in all monsoon records, they are short-lived and clearly superimposed on the long-term trend of decreasing monsoon precipitation. For the late Holocene there is an anti-correlation between ISM precipitation in Oman and inter-monsoon (spring/autumn) precipitation on Socotra, revealing a possible long-term change in the duration of the summer monsoon season since at least 4.5 ka BP. Together with the progressive shortening of the ISM season, gradual southward retreat of the mean summer ITCZ and weakening of the ISM, the total amount of precipitation decreased in those areas located at the northern fringe of the Indian and Asian monsoon domains, but increased in areas closer to the equator.     

H1事件时长江下游地区季风降水变化特征的石笋铀元素记录

Heinrich 1(H1)事件是末次冰期向全新世转变过程中,北高纬大冰盖快速崩塌的冰盖不稳定事件,其气候环境影响深远.东亚地区石笋δ18O记录在H1事件时,普遍正偏至冰期的较大值,此正偏值通常指示东亚季风整体减弱.然而,在长江中游地区反映局地水文变化的石笋微量元素和碳同位素记录,显示在H1事件时梅雨量增加.梅雨与东亚...     

13ka以来东亚夏季风演变过程和全新世适宜期问题

基于湖北神农架三宝洞石笋SB43的21个230Th年龄和486个氧同位素数据,建立了13．0-0．2ka时段东亚夏季风强度演化序列,其长期演化趋势与33°N太阳辐射变化基本一致。通过对比三宝洞、董歌洞、阿曼Qunf洞及和尚洞石笋δ18O记录,发现东亚和印度季风强度在轨道尺度上呈同相位变化。石笋SB43、D4 δ18O值与Cariaco盆地Ti含量曲线整体变化一致,相关系数高达0．8,表明热带辐合带（ITCZ）的南北移动可能对亚洲中低纬季风强度起放大作用;全新世适宜期在亚洲季风区不存在显著穿时性,起止时间大体一致,约为10．2～5．7ka。早、中全新世季风强度与极地温度变化趋势一致,相关系数高达0．9,表明当时高纬冰量边界条件可能对亚洲季风强度变化（包括ITCZ的平均位置）具有贡献作用。     

Holocene monsoon climate documented by oxygen and carbon isotopes from lake sediments and peat bogs in China: a review and synthesis

There has been much recent debate about Holocene climate variation in the monsoon region of China, especially the temporal pattern of variations in precipitation, the time-transgressive nature of the Holocene precipitation maximum, and the extent to which variations in regions influenced by the Indian Summer Monsoon (ISM) and the East Asian Summer Monsoon (EASM) have been synchronous. We summarize and compare carbonate oxygen-isotope records (δ¹⁸O_carb) from ten lakes within the present-day ISM region. We discuss their paleoclimate significance considering the present-day moisture source, isotopic composition of precipitation and the hydrological setting. The δ¹⁸O_carb records are controlled mainly by the isotopic composition of lake water, which in turn is a function of regional Precipitation/Evaporation (P/E) balance and the proportion of precipitation that is monsoon-derived. We normalized the δ¹⁸O_carb data and used these records to generate an integrated moisture index. This index, along with oxygen-isotope records from speleothems and carbon-isotope records (δ¹³C_org) from peats within the monsoon region, suggests that Holocene climate was broadly synchronous across the monsoon region and, within the limits of accuracy of the existing age models, provides no strong evidence for previously-proposed anti-phasing of the ISM and the EASM. Stable-isotope records from lake sediments and peat bogs have excellent potential for providing high-quality paleoclimate data for monsoon Asia, and complement high-resolution speleothem sequences, which are only found in certain localities.     

贵州石笋记录的中晚全新世东亚夏季风变化

研究全新世典型气候突变事件的内部结构及区域特征,有助于明晰季风气候突变事件的成因机制。通过对贵州七星洞石笋14个高精度²³⁰Th定年和779个氧同位素数据的分析,重建了过去6 380～2 700 yr B.P.时段平均分辨率达4.7年的东亚夏季风演化序列。该石笋δ¹⁸O值整体上呈逐渐偏正的特征,指示中晚全新世以来东亚夏季风持续变弱的趋势。叠加在此长期季风减弱变化趋势上,最为显著的百年尺度振荡主要发生在4 548～3 715 yr B.P.时段,对应于4.2 kyr B.P.事件。该记录与同区域董哥洞石笋δ¹⁸O记录一致,均显示在此事件内部并非持续干旱,而是具有两次显著的季风强降雨期。相似的季风强降雨期在我国北方气候记录中也有体现。在更大的空间尺度上,这种4.2 kyr B.P.事件的内部结构特征与澳洲—印度尼西亚(澳—印)季风区的石笋记录结构相对应,但呈显著的反相位耦合关系,证实了亚洲与澳—印季风间的动力学联系。此外,该事件结构与ENSO记录的耦合暗示了4.2 kyr B.P.事件的发生可能与热带太平洋密切相关。     

黄土高原西部石笋记录的H2事件特征

青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞位于现代夏季风的边缘区, 对气候变化极为敏感.通过洞内一支石笋WX40D的6个高精度TIMS-U系定年数据和616个样品的氧同位素测定, 建立了28.3~23.0 ka B.P., 分辨率约为10年的亚洲季风气候变化序列. 石笋δ18O记录揭示Marine Isotope Stage 2 (MIS2)早期东亚季风气候具有10~100 a尺度高频震荡特征, 从中识别出北大西洋Heinrich 2 (H2)特强冷事件, 且记录显示该事件开始于24.6 ka B.P., 呈突发式降温之后持续跌宕式降温变化. 对比研究发现, 万象洞石笋δ18O记录H2事件与葫芦洞、天鹅洞的石笋记录有差别, 但是与湖南金滩湾洞穴石笋δ18O记录、33°N太阳辐射强度以及极地GRIP冰心记录变化趋势一致, 表明季风边缘区气候变化主要受北半球中纬度太阳辐射能背景、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬太平洋海表温度变化等因素的控制, 同时万象洞特殊的地理位置使得区域气候更易受到与极地气候有密切联系的亚洲冬季风和西风环流变化的影响.      

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.