淮河流域大气降水氢氧稳定同位素变化规律及其气候意义

淮河流域位于我国南北气候过渡带,其复杂多变的降水过程及水汽来源是导致流域洪旱灾害易发、多发的重要因素。以全球降水同位素监测网络(Global Network of Isotope in Precipitation, GNIP)监测的多年降水氢氧稳定同位素数据为基础,探讨了淮河流域大气降水氢氧稳定同位素组成时空变化的驱动因素及其气候指示意义;通过分析氢氧稳定同位素组成(δ¹⁸O、δ²H、氘盈余)、大气降水线特征与流域气温、降水量的响应关系,解析流域不同季节大气降水水汽来源及气团移动路径。结果表明：(1)淮河流域大气降水氢氧稳定同位素组成能够指示南北气候过渡带特征;(2)同位素时空变化及异常低的大气降水线斜率、截距与局地降水环境关系不大,主要是由水汽来源差异及降水气团在移动过程中同位素分馏造成的。氘盈余示踪和HYSPLIT模型模拟结果进一步表明流域降水水汽来源及变化受季风活动的控制,冬季风和夏季风的交替进退使得淮河流域的降水氘盈余变化具有明显的“V”型特征。研究成果可为水资源调度管理、极端气候应对决策等提供科学依据。     

金沙江下游流域大气降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源

金沙江下游流域地处干热河谷气候影响区,大气降水对该区域水文循环至关重要。分析了金沙江下游流域降水稳定同位素组成的季节变化特征及其影响因素,结合同位素示踪和HYSPLIT模型探讨了流域大气降水水汽来源。结果表明：金沙江下游流域降水δ²H和δ¹⁸O雨季偏负而旱季偏正,气温和降水量对同位素组成影响较大而高程效应不显著;流域大气降水线斜率和截距均低于全球和我国大气降水线,主要受到非平衡蒸发作用影响;流域大气降水水汽来源和昆明地区类似,雨季降水主要受到西南与南亚季风影响,旱季降水潜在来源为西风带或极地大陆气团。研究成果对金沙江下游区域水文循环具有重要指导意义。     

武汉市大气降水的氢氧同位素变化特征

为了解武汉市降水同位素组成,收集武汉市2011—2013年大气降水中氢氧稳定同位素,并结合气象资料和国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,简称IAEA)提供的1986—1998年的数据资料,建立了武汉市地区大气降水线方程,分析了武汉地区大气降水中稳定同位素的变化特征。结果表明:武汉市地区降水线为δD=8.29 δ¹⁸O+7.44,与中国大气降水线相接近;降水中氢氧同位素组成季节变化明显,春季降水中δ¹⁸O值最大,而夏季最小;武汉市降水中δ¹⁸O值呈现上升趋势,降水中δ¹⁸O与气温和降水量均呈现负相关关系,且在时间上是多变的。水汽源是控制武汉市大气降水中氢氧同位素组成的重要因素。     

中亚高山区云下与地表降水氢氧稳定同位素时空分布特征及其水汽来源分析

基于中亚高山区7个站点的降水稳定同位素观测数据,利用Stewart雨滴蒸发模型及HYSPLIT模型,分析了云下与地表降水稳定同位素的时空分布特征及其与气象因子、地理环境和水汽来源之间的关系。结果表明:研究区地表与云下降水的δ²H和δ¹⁸O均表现出明显的季节波动,春夏富集,秋冬贫化；氘盈余则呈现相反的季节变化趋势;云下大气降水线斜率和截距均大于地表大气降水线,说明地表大气降水线受蒸发影响更显著；云下与地表降水的δ²H、δ¹⁸O和高程呈显著的负相关关系,而地表氘盈余呈现反高程效应；云下与地表降水δ¹⁸O与温度呈正相关关系,氘盈余与温度呈负相关关系,而降水量效应在云下与地表降水中均不显著；水汽输送轨迹显示,夏半年水汽主要源自西伯利亚大陆气团及局地再蒸发水汽,冬半年水汽主要源自西风带输送的北大西洋水汽,且在西风控制下的氘盈余值显著偏高。     

欧洲地中海气候区大气降水同位素组成分析

基于国际原子能机构和世界气象组织在全球范围内降水中同位素观测计划提供的2000~2010年地区数据,分析研究区数年内稳定同位素与季节、降水、纬度等因素的变化规律。结果表明:在降水量和温度的影响下,降水中的同位素表现为温度与δ~(18)O和δD值呈正相关,δ~(18)O和δD均在夏季明显偏重,冬季偏轻,δ~(18)O、δD与降水量分别呈现出夏季负相关,冬季正相关。随着纬度和海拔的增加,δ~(18)O和δD逐渐变轻。研究区大气降水线方程表明:该地区在降水下落过程中水汽经历了以动力分馏作用为主的二次蒸发,致使重同位素在雨水中富集。氘盈余值低于全球平均值,该地区的水汽来源区气候条件相对湿润。     

太行山两侧地区大气降水氢氧同位素特征研究

基于石家庄、太原两地区1986-1988年间大气降水氢氧同位素和气象资料,分析了两地区大气降水稳定同位素的变化特征,结果表明:①两地区大气降水δD和δ18O都表现出明显的“夏高冬低”的季风气候降水特征;②两地区大气降水线方程的斜率和截距都比中国降水线方程的小;③两地区氘盈余值d相对很小,但整体都表现出“冬高夏低”的季节变化特点;④石家庄地区大气降水δ18O与温度间呈较明显的正相关性、与降雨量呈微弱的正相关关系,太原地区大气降水δ18O与温度间正相关性较弱、与降雨量负相关性较明显.     

西安地区降水稳定同位素变化特征及影响因素

在全球大气降水同位素观测网西安站的大气降水同位素资料基础上,结合该地区实际气象数据资料,分析了西安地区大气降水中稳定同位素的组成,并建立了西安地区的大气降水线方程,揭示了该地区大气降水线分布特征的差异性和温度、降水量及水汽压对大气降水稳定同位素的不同影响。结果表明:年度尺度上,西安地区大气降水中稳定同位素与温度成正相关,与降水量成负相关,δD与水汽压成负相关,δ~(18)O与水汽压成正相关。     

鄂尔多斯沙区大气降水同位素特征及其来源

在分析鄂尔多斯沙区2010—2011水文年大气降水同位素组成的基础上,结合该沙区已有的降水同位素数据,提出了最新的当地降水线方程,探讨了沙区大气降水同位素的季节变化规律。结果表明:1与全球降水线方程相比,最新的当地降水线方程δD=7.00δ18O-3.02斜率偏低,表明该地区大气降水经历了一定蒸发作用;2鄂尔多斯沙区降水同位素组成具有明显的季节性变化特征,夏季偏正而冬季偏负;3鄂尔多斯沙区冬季大气降水主要来源于西北方向,而夏季降水主要来自于东南方向。     

基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_3·SO_4·Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO_3-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3·Cl-Na型水为主;黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(~(18)O)平均值为-10.47‰,第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(~(18)O)平均值为-9.1‰,白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(~(18)O)值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(~(18)O)平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-75.73‰、δ(~(18)O)平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。     

银川地区大气降水中氢氧稳定同位素的变化特征及影响因素分析

根据国际原子能机构（IAEA）提供的长时间系列降雨同位素资料,分析了银川地区降水同位素变化特征,并得到了银川地区大气降水线方程为8D=7．2186^180＋5．505,与全球大气降水线进行对比分析,结果证明银川地区大气降水线与全球大气降水线基本一致,但斜率和截距略偏小,且分布不均,说明银川地区大气降水受多种因素的共同影响,经相关性分析研究认为,温度效应和季节效应是其主要影响因素,雨量效应不显著,可能被温度效应所掩盖。     

高寒干旱区降水氢氧稳定同位素组成及其水汽来源：以昆仑山北坡格尔木河流域为例

降水来源是高寒干旱区水文循环研究中的重要内容。本研究以格尔木河流域山区段纳赤台水文站为研究点,收集2019年6—10月的51个降水事件样品,开展了降水氢氧(H-O)稳定同位素组成及其水汽来源研究。结果表明:(1)降水δ~(18)O与δ~2H值变化显著,气温是其变化的主控因素;(2)降水经历了多次蒸发-凝结过程,其同位素值大多落在全球降水线上方;(3)山区降水线方程为δ~2H=7.4×δ~(18)O+13.2,可视为流域降水线方程,为流域水循环研究提供可靠的参考。氘盈余分析揭示了西风环流及局地水汽循环是流域山区降水的主要贡献者。HYSPLIT模拟进一步表明流域山区高空水汽由西风环流携带而来而低空水汽还与内陆水体蒸发有关。该成果有助于深入理解高寒山区水汽循环理论,可为当地水资源管理决策提供科学依据。     

太原地区大气降雨的氢氧同位素特征研究

大气降雨中氢氧同位素特征的研究是利用同位素理论研究水循环的基础。为了研究太原地区大气降雨的水汽来源、当地大气降水线及降雨过程中的蒸发效应,利用观测数据对太原地区大气降雨中氢氧同位素特征进行了分析。结果表明:在当地季风气候的影响下,大气降雨中的同位素组成具有明显的季节性变化;氘盈余值的变化范围较大,说明形成当地降雨的水汽来源区的空气湿度变化较大;研究区降雨主要来源于海洋,当地地表水体的蒸发对当地大气降雨几乎无影响;当地大气降水线的斜率小于全球大气降水线,但大于蒸发线,说明雨滴在降落的过程中发生了一定程度的蒸发。研究结果可为太原地区地表-地下水循环的研究提供一定的依据。     

贵州纳朵洞滴水氢氧同位素变化特征及气候意义

通过对贵州关岭纳朵洞洞内滴水和池水及洞顶上方土壤渗透水、表层岩溶泉点和大气降水的水文水化学特征及氢氧同位素2个水文年的动态观测,结合当地气象数据,分析了纳朵洞洞穴滴水δ~(18)O和δD变化特征及其对地表气候变化的响应。结果表明:1纳朵洞4处滴水点的δ~(18)O和δD均分布在靠近当地大气降水线的右下方,说明滴水的δ~(18)O和δD体现了当地大气降水δ~(18)O和δD的平均水平;2纳朵洞大气降水和土壤渗透水中δ~(18)O和δD存在明显的季节变化,冬春偏重,夏秋偏轻;3纳朵洞滴水、池水和表层岩溶泉的δ~(18)O和δD季节变化不明显,但变化趋势趋于一致,记录了年际降水量的变化,反映了研究区的旱涝情况。研究结果可为利用洞穴石笋研究古气候特征提供依据。     

湖南省地热水氢氧同位素特征分析

本文通过研究湖南省地热水的氢氧同位素特征,来分析地热水的补给来源以及~(18)O的漂移和地热水的水-岩相互作用的强弱程度。对各个构造单元的氢氧同位素箱线分布图、δD-δ~(18)O值的关系分布图和氘过量d值的特征进行分析,结果表明:地热水的补给来源、形成环境和水-岩相互作用的程度基本是相似的,δD和δ~(18)O值大部分分布在区域大气降水线附近,说明湖南省地热水主要补给来源为大气降水,但有少量地下冷水的混入;各构造单元氘过量d值几乎都小于区域大气降水方程截距,说明湖南省地热水的水-岩相互作用的程度是比较强烈的,也解释了δD和δ~(18)O值偏离大气降水线的原因。该研究在一定程度上丰富了同位素研究在地热资源领域的成果。     

青海湖沙柳河流域水汽再循环研究

陆地蒸发水汽是水循环过程的关键环节,深刻影响内陆河流域的水资源和生态环境,研究水汽再循环比例对区域水资源调配和管理具有重要意义。选取2019年5—9月份青海湖沙柳河流域13个采样点的月降水同位素数据,利用基于稳定同位素的水汽再循环模型,分析了再循环水汽对流域降水的贡献比例,以期为该流域水循环研究提供基础数据和理论参考。分析结果表明：(1)2019年5—9月份青海湖沙柳河流域逐月平均水汽再循环比例分别为11.01%、12.64%、8.13%、9.48%和14.97%,平均为11.25%;其季节变化特征明显,5月份流域水汽再循环比例开始增加然后降低,到9月份达到最大值,呈先增加后降低再增加特征。(2)各月水汽再循环比例空间分布状况存在差异性。(3)6—8月份流域河源地区水汽再循环比例均大于河口地区,从河口地区到河源地区呈现明显的增加趋势,水汽再循环比例最高值均位于流域的西北部山区。(4)5—9月份水汽再循环比例主要受500 m高度东向水汽来源和海拔影响。沙柳河流域水汽再循环是该流域重要的降水来源之一,关注流域水汽再循环有利于流域的水资源管理和有效利用。     

广州市沿海平原地下水循环及转化规律初探

首次把降水-地表水-地下水作为一个整体,利用多同位素技术(稳定和非稳定)结合水位监测、水化学分析,阐明了广州市南部咸水入侵区内降水、地表水以及地下水之间的相互关系。通过分析典型剖面水循环特征,提出了区域地下水循环模式。结果表明:大气降水中氢氧同位素含量主要受雨量效应控制,大气降水对河水的补给存在滞后作用。河水在不同时期补给来源存在差异性,旱季河水除了接受当时当地大气降水以外,还接受上游来水的滞后补给。旱季的咸淡水混合区相对雨季分布范围较广,雨季河水与海水的混合作用强于旱季。研究区内地下水大致分为2个分系统:一个为相对年轻的淡水系统,另一个为南部地下水年龄较老的系统。研究区分为2个地下水局部流场,南部为水头低值区,其沿海/河流部分受到海水入侵;北部为水头高值区,其主要为地下水排泄区。     

淮河流域降水集中度和集中指数年际变化分析

利用定义的年降水集中度和时段集中指数,研究了淮河流域1961—2015年降水年内分布非均匀性的年际变化特征。分析发现,淮河流域年内降水分布不均,且降水季节较为集中;年降水集中度呈增大趋势,自1990年后波动性明显增大。对季节和月份的降水集中指数的变化进行MK趋势检验分析,发现多数平均集中指数为正的月份(5—8月份)仍然呈增大趋势,多数平均集中指数为负的月份(4月份和10月份)仍然呈减小趋势,只有1个月(11月份)变化趋势相反。季节集中指数的变化和月份类似,平均为负的春季和秋季集中指数呈减小趋势,平均为正的夏季集中指数呈明显的增大趋势,冬季集中指数相对稳定。总体而言,淮河流域年内月和季节的降水集中指数变化趋势加剧了降水分布的两极化,表现出“干愈干,湿愈湿”的时相变化特征。     

氧同位素在浑善达克沙地杨树林土壤水分来源研究中的应用

为探究内蒙古浑善达克沙地乔木林地土壤水分来源以及潜水与土壤水之间的补给联系,以正蓝旗杨树林为研究对象,基于氧稳定同位素示踪技术,结合两端元法分析降雨和地下水不同生长期对乔木林地土壤的贡献率,分析水分循环中大气降水、土壤水以及地下水“三水”δ18O 的季节性变化特征,结果表明：三水中地下水 δ18O 值变化幅度最小,土壤水中 δ18O 值变化幅度随着土壤深度加深逐渐变小,降水 δ18O 值季节性特征明显,当地降水线斜率小于全球降水线斜率,表明降水过程受到不同程度的蒸发作用影响。降水对土壤水的贡献率随土壤纵向加深而减少,其中表层（10～40 cm）土壤水主要受降水补给,平均贡献率为 81.90%;根系密集层（70～160 cm）土壤水受降水和地下水共同作用,降雨平均贡献率为 37.14%,地下水为深层（160～290 cm）土壤水主要贡献水源,平均贡献率为96.45%。夏季降雨强度和频次变化条件下,降雨对表层和根系密集层土壤水贡献范围受降雨量影响波动明显。     

氢氧稳定同位素在新乡市地下水研究中的应用

根据地表水、地下水样品的氢氧稳定同位素测试结果,对新乡市地下水补给来源进行了分析研究。结果表明:大气降水是该区地下水的主要补给来源。太行山区是山前洪积斜地地下水的主要补给区;中部交接洼地地下水受共产主义渠的渗漏补给,二者同位素值含量接近;受黄河灌溉回归水的影响,南部冲积平原地下水氢氧同位素含量与黄河水的接近,是大气降水和黄河水的混合水体。     

澜沧江流域旱涝特征变化及其与季风之间的关联性研究

探讨澜沧江流域旱涝特征变化与季风之间的关联性,对于区域旱涝灾害的成因、机理和预测等重大科学问题的理解具有重要的意义。区域研究多侧重于揭示流域旱涝时空演变规律,而关于澜沧江流域的旱涝与季风的相互关系研究还较少。基于标准化降水指数(SPI12)、季风指数和水汽通量对澜沧江流域1957—2015年旱涝时空变化特征进行分析,探究澜沧江流域旱涝变化与季风指数的相互关系,并从水汽通量输送角度出发,进一步揭示季风对澜沧江流域旱涝变化影响的潜在驱动机制。研究结果表明:①流域旱涝特征具有明显的区域差异,下游区域是旱涝多发区;②流域干旱多于雨涝,且干旱频次在年和季节时间尺度上都呈现增加变化趋势;③澜沧江流域干旱和雨涝的频次主要存在3~5,8~15,20~25 a的3种周期性变化特征;④干旱和雨涝发生时段,南亚季风和高原季风指数与流域的SPI12指数相关性较强,受南亚季风和高原季风的输送距离影响,2种季风指数与SPI12指数的相互关系呈现区域差异性。研究结果有助于了解澜沧江流域旱涝时空变化特征,能够为防御旱涝灾害提供科学决策依据。