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。     

洞穴化学沉积物中δ13C、δ18O对环境变迁的示踪意义

不同来源的ＣＯ＿２,有着不同的δ１３Ｃ值,因而造成了不同的洞穴化学沉积物δ１３Ｃ值。因此,通过洞穴化学沉积物δ１３Ｃ值的测定,可反演出洞穴化学沉积物形成时的环境;再配合放射性同位素测龄和δ１８Ｏ测温,则有可能重现一个地区的环境变迁史。     

中国季风区大气降水同位素的季节尺度环流效应

Dansgaard于1964提出月尺度降水δ18O的降水量效应(或称雨量效应), 之后在古气候研究中被广泛应用于解释古季风强度的变化以及重建降水量。但在具有复合水源的中国季风区, 这一应用遇到了困难。近年来, 根据大量的观测数据, 指出至少在中国季风区还存在另外一种同位素效应: 环流效应。对于中国东部广大季风区来说, 临近的太平洋提供近源水汽, 而印度洋提供远源水汽。由于海洋和大气环流的变化, 如热带太平洋海温梯度的变化, 或西太平洋副热带高压的变化等, 可导致从太平洋和印度洋向中国季风区输送的近远源水汽比率发生变化, 从而导致了大气降水δ18O变化: 无论降水量大或小, 如果水汽来自太平洋, 则降水 δ18O值偏高, 如果水汽来自印度洋, 则降水δ18 O值偏低。本研究进一步分析了降水同位素季节尺度的环流效应, 并引用SPR(江南春雨)这个气候学概念, 成功地解释了2012年的降水量效应佯谬。 降水同位素的环流效应概念不仅对同位素气象学和气候学有参考价值, 也有助于我们理解作为古气候代用指标的δ18O的信号意义。     

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。      

干旱区植物水分来源的D、18O同位素示踪研究进展

在干旱、半干旱地区,水是生态系统的主要限制因子,对植物水源的研究有助于指导干旱、半干旱地区的生态建设.在水分被根系吸收和从根系向叶片输送的过程中,其δ(D)、δ(18O)值一般不会发生变化.因此,水中天然δ(D)、δ(18O)值的分析为确定植物的水分来源提供了一种有效的途径:只要各潜在水源的稳定同位素组成具有显著差异,就可通过植物体内水的δ(D)、δ(18O)值和各潜在水源δ(D)、δ(18O)值的对比,定量确定植物对这些水源的吸收情况.但是,由于各潜在水源的不确定性和蒸发富集等因素的影响,该技术还存在一些不足.另外,隐性降水是干旱环境下植物的重要水源,但目前尚未开展隐性降水对植物补给作用的定量评价.利用稳定同位素技术定量评价干旱区植物隐性水源将是今后重要的研究方向.     

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.     

青藏高原现代降水中dδ^18O／dT的变化

不同时间尺度ｄδ＾１８Ｏ／ｄＴ的天气气候意义是不同的，其数值大小也是不一样的。本根据对青藏高原沱沱河、德令哈、西宁三站大气降水中δ＾１８Ｏ与温度关系的分析，并与具有长序列资料的地区进行比较。初步给出了青藏高原不同时间尺度ｄδ＾１８Ｏ／ｄＴ之间的差异。     

黑河中游临泽地区沙丘植物水分来源的D、18O同位素示踪

基于2008年7月份降雨、地下水、土壤水和植物茎干水的D、18O同位素观测结果,分析了黑河中游临泽地区沙丘顶、底部不同深度土壤水分的来源,确定了红柳、花棒、梭梭等沙丘植物的吸水层位及其对降雨和地下水的依赖程度,发现:①土壤水δ(D)、δ(18O)剖面总体呈指数形式,局部受降雨事件入渗过程影响,土壤剖面的上界面受连续蒸发...     

地形因子对华东地区降水影响的尺度效应研究

降水是地表淡水资源的主要来源,降水分布强烈的时空异质性给陆地水循环研究带来了较大不确定性,因此降水的空间异质性及其影响因子研究一直是水循环研究的重点。选取观测资料丰富的华东地区,采用351个气象台站降水观测数据,通过一般线性回归模型、地理加权回归模型和多尺度地理加权回归模型的拟合结果,研究了典型地形因子对降水空间分布的影响及其影响尺度。结果表明,传统的一般线性回归模型不能表征降水分布的空间异质性,而地理加权回归模型和多尺度地理加权回归模型均较好地拟合出了降水在空间上的非均匀分布（R2>0.7）。此外,多尺度地理加权回归模型的带宽数还反映了各地形因子对降水空间分布的影响尺度。一般说来,带宽数较小的局地影响因子对降水的空间异质性影响较强。对于年降水量,地形高程和地形起伏度是影响降水空间异质性的主要地形因子,而地形坡度和主风向系数对降水的影响不显著。在不同季节,各地形因子对降水空间分布的影响程度不同。地形高程对夏季降水影响较大;离海岸线距离对春、秋季南部山区降水影响较大;地形起伏度对冬季降水有重要影响。厘清我国不同季节降水与地形因子间的关系,有助于理解各季节复杂地形因子对降水的贡献,为...     

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...     

中全新世十～百年降水波动的江苏宜兴石笋δ18O记录

据江苏宜兴茗岭洞穴M L石笋的Th230测年结果、年层计数以及与树轮14 C残差曲线的对比,建立了该石笋记录的中全新世持续561年的氧同位素时间序列( 5. 13～ 5. 69kaB. P. )。分辨率达3～ 4年的氧同位素曲线与相应时段树轮14 C残差呈显著的正相关( r= 0.54) ,揭示了中全新世东亚季风降水百年尺度上受太阳辐射驱动。从石笋δ18O功率谱中识别出类似树轮14 C的28～25a、10a 等周期成分,表明该地区十年尺度季风降水也受太阳活动的影响。      

“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"。     

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     

样品前处理对沙区石英δ18O值测定结果的影响

由于石英的δ~(18)O值能够提供有力的地球化学证据[1,2],这一方法近来被应用于沙漠物源研究[3～5]。在测定沙漠石英δ~(18)O值的实验中,样品前处理多采用焦硫酸钠熔融-氟硅酸浸泡法[6]提纯石英和五氟化溴法[7]提取石英中的氧。而这一流程在处理具体的沙漠沙样品时,部分环节还有     

ENSO事件对青藏高原古里雅冰芯中现代δ18O的影响

对１９５１～１９９２年青藏高原古里雅冰芯中δ＾１８Ｏ与Ｉ（南方涛动指数）,δ＾１８Ｏ与赤道东太平洋ＳＳＴ（海表面温度）的关系进行了分析。在Ｅ１Ｎｉｎｏ年,无论是隆冬还是盛夏,古里雅冰芯中δ＾１８Ｏ均减小。表现为明显的降温,平均降温幅度分别为１．２℃和０．４５。在特强Ｅ１Ｎｉｎｏ年,平均降温幅度分别为２．０３℃和１．４６℃。在ＬａＮｉｎａ年,盛夏古里雅;冰芯中δ＾１８Ｏ增大,表现为明显的增温,平均     

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.     

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ^18O值对大尺度海—气相互作用的响应

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ＾１８Ｏ值与大尺度海表面温度（ＳＳＴ）之间存在显著的相关关系,显著相关工主要分布在海洋的洋流区,不同海区ＳＳＴ通过对大气环流的作用影响 川的陈水和水汽来源,当大气环流呈出现有利于海洋水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰芯中δ＾１Ｏ值减小,当大气环流呈出现不利于海洋水汽却有利于内际水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰贳 中δ＾１８Ｏ值增大,相关分析表明,在诸多影响δ     

挪威山地冰川上雪和粒雪中δ18O的解释及对区域气候的指示意义

Variations of δ18O in the snow which accumulates at a Nordic temperate glacier during the win-ter are not entirely eliminated after a few months of ablation in the following summer. Survive of isotopicsignals closely relates to the re-freezing capacity of snow accumulated in winter when its temperature wasbelow 0 ℃. The melt-water re-freezing ice layers formed in winter hindered subsequent melt-water percolation in summer when snow temperature was at melting point and, therefore, varied isotopic record wasreserved between these ice layers. The isotopic record in snow pack can provide an estimate of the ap-proximate trend of the most recent winter season temperatures. The relationship between regional tem-perature changes and δ18O values in the snow pack is affected by many natural factors, but 1989-1990 (aglacier balance year) winter air temperatures were reflected in the snow which remained on the glacierAustre Okstindbreen at an altitude of 1 350 m in July 1990. There was larger amplitude of variations ofδ18O values in the 4. 1 m of snow above the 1989 summer surface, but variations in the underlying firnwere relatively small. Melt water percolation modifies the initial variations of δ18O values in the snowpack. At a site below the mean equilibrium line altitude on Austre Okstindbreen, increased isotopic bom-ogenization within a ten-day period in July accompanied an increase of the mean δ18O value. Although theisotopic record at a temperate glacier is likely to be influenced by more factors than is that at polar glac-iers, it can provide an estimate of the approximate trend of recent local temperature variations.