乌鲁木齐降水中δ18O的温度和降水强度效应的季节转换

受到温度和降水季节变化的双重影响,温带大陆和季风气候地区降水中的δ¹⁸O有很强的季节动态。在中国北方由于受到强烈的温度季节变化的控制,降水中δ¹⁸O有很强的温度效应,甚至在月尺度上与温度呈显著的正相关。然而,在降水事件尺度上,特别是多雨的夏季,显著的降水量效应仍然存在。本研究结合气象数据分析了来源于GNIP的乌鲁木齐月尺度上的降水中δ¹⁸O与平均气温和降水量之间的关系。结果表明:在年尺度上,保持气温和降水频率不变,扣除两者的影响,δ¹⁸O与降水强度有显著的负相关关系(P=0.012)。温度和降水强度效应分别为(0.45±0.03)‰·℃^-1(T=17.38,P<0.001)和(-0.28±0.12)‰·mm^-1(T=-2.29,P=0.023)。温度和降水效应在一年四季均存在,且两者存在季节转化,分别主导了一年中不同季节降水中δ¹⁸O的动态变化。在气温剧烈变动的春季(3-5月)和秋季(9-11月),显著的温度效应占主导。而在夏季(6-8月),显著的降水强度效应(T=-2.93,P=0.006)主导了降水中δ¹⁸O的动态。尽管在冬季(12月至翌年2月)降水强度效应和温度效应很微弱也不显著,但是前者仍然大于后者。     

云南降水中稳定同位素变化的模拟和比较

利用MUGCM的模拟,云南地区日、月、年时间尺度下降水中稳定同位素的变化、降水量效应以及δD/δ18O之间的关系被分析。无论是在日时间尺度下还是在月、年时间尺度下,降水同位素均存在显著的降水量效应。与实测结果相比,模拟的降水中δ18O与降水量之间具有更强的相关性。对于单站而言,蒙自站和腾冲站的大气水线被较好地模拟。但在思茅站和昆明站,模拟结果未能准确再现实际降水中δD与δ18O的关系,模拟的大气水线斜率比实测结果偏高。这意味着,在云南这个特殊的地区,模式可能高估了HDO的贫化。     

青藏高原纳木错流域夏、秋季大气降水中δ18O与水汽来源及温度的关系

根据2005年8～10月在纳木错收集的降水样和相关气象观测,分析该地区降水中δ18O变化特征及其与水汽来源关系,揭示不同水汽来源降水中δ18O与温度之间关系.观测期间水汽来源以西南季风和青藏高原本地气团输送为主.结果表明,纳木错流域夏、秋季节历次降水中δ18O变化主导因素是水汽来源不同.远距离输送夏季风海洋性气团形成的降水δ18O值较低,而局地大陆性气团降水δ18O较高.对同源的降水事件,气温和δ18O值有一定正相关性,因而可能是次一级的响因素.     

洞庭湖流域降水同位素与ENSO关系研究

基于洞庭湖流域内长沙市2010年1月至2012年12月降水事件、GNIP(Global Network for Isotopes in Precipitation)长沙站1988~1992年月降水同位素资料及ENSO（厄尔尼诺/拉尼娜和南方涛动）的2个常用指标（南方涛动指数SOI和Nino3区海面温度SST）,分析了流域降水同位素与ENSO关系。结果表明：洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与降水量、气温在日、月尺度上均呈负相关且只有月度上与降水量的负相关不显著。洞庭湖流域降水中δ¹⁸O与ENSO的SST指标则呈显著正相关。ENSO对洞庭湖流域降水同位素的影响机制可能如下：春季,La Nina年源自西太平洋的东南风强盛,其转向为西南风的区域达到印度洋,而El Nino年,东南风转向为西南风的发生区域位于印度洋以东,前者有利于挟带印度洋远源水汽向中国东部区域输送,进而造成降水同位素的贫化;夏季,La Nina年印度洋水汽输送在中国南海转为经向继而向北延伸,而El Nino年,源自印度洋的水汽沿纬向穿过南海,在东海转向往北延伸,后者有利于挟带西太平洋的近源水汽输送到中国东部季风区,进而引起降水同位素的富集。     

雅鲁藏布江流域降水中δ18O 的时空变化

通过研究2005年西藏雅鲁藏布江流域拉孜、奴各沙、羊村和奴下4个站点降水中的δ18O变化,揭示了雅鲁藏布江流域降水中稳定同位素的时空变化规律.研究显示,雅鲁藏布江流域降水中δ18O季节变化明显,高值出现在季风降水之前的春季,而低值出现在季风降水季节,其间降水中δ18O具有明显的"降水量效应";从空间上看,降水中的δ18O从下游至上游递减,造成这种分布特征主要是由于"高程效应"以及水汽远距离输送导致其中的18O被贫化的结果.经计算表明,雅鲁藏布江流域降水中δ18O由于"高程效应"造成的递减率为0.34‰/100m,而水平方向上自东向西由于水汽远距离输送造成的递减率为0.7‰/100km.从季风期间大范围的降水过程来看,降水中δ18O的空间变化主要受"降水量效应"制约.     

祁连山东部大气降水分δ17O变化特征及水汽输送

祁连山作为我国西部重要生态安全屏障,是河西走廊内陆河流域核心水源区。通过测定2013年7月~2014年7月收集的降水样品中δ¹⁷O与δ¹⁷O值,分析了祁连山东部乌鞘岭大气降水中δ¹⁷O的特征,在此基础上对水汽来源进行了研究。结果表明：降水稳定同位素¹⁷O存在夏高冬低的变化特征;¹⁷O存在显著的温度效应而不存在降水量效应,¹⁷O与水汽压在干季呈现正相关关系。研究区大气降水的氧同位素降水线方程为：δ′¹⁷O = 0.509δ′¹⁷O -0.16,低于氧同位素全球降水线斜率;过量δ¹⁷O表现出夏低冬高的特点;综合分析氧同位素大气降水方程线和过量δ¹⁷O变化,发现该区域大气降水主要受局地水循环和大陆气团控制。祁连山东部地区主要受到西风和东南季风携带水汽影响,东南季风携带水汽对于祁连山东部的影响主要集中于夏季。研究可提高对祁连山区降水同位素演化的认知,为寒旱区同位素水文学的进一步研究奠定基础。     

盐生荒漠土壤水稳定氢、氧同位素组成季节动态

对准噶尔盆地东南缘降水和土壤水稳定氢、氧同位素组成（δ¹⁸O和δD）进行了测定,分析了降水中δ¹⁸O和δD值的季节变化规律,表层土壤水中δ¹⁸O和δD值对降水脉冲的动态响应以及不同深度土壤水中δ¹⁸O和δD值的变化特征。结果表明：该区域大气降水线为δD=7.691δ¹⁸O+4.606;降水与表层土壤水中δ¹⁸O和δD值表现出明显的季节变化特征;表层土壤水中δ¹⁸O和δD值、质量含水量对降水脉冲响应显著,且不同量级的降水导致不同程度的响应。利用LSD法对0~300 cm土层内土壤水中δ¹⁸O和δD值进行多重比较分析,可将土壤在垂直方向上分为3层,表层（0~50 cm）土壤水分活跃,稳定同位素值随深度的增加而迅速减小;中间层（50~180 cm）土壤水分相对活跃,既受到降水入渗和蒸发作用的影响,也有地下水的补给;深层（180~300 cm）水分来源稳定,土壤水中δ¹⁸O和δD值基本不变。     

福建省降水变化及其对ENSO的响应特征

基于福建省17个国家气象观测基准站1980—2019年的逐日降水数据和ENSO指数,分析了福建省1980—2019年期间的降水变化的时空格局及其对ENSO的响应特征。结果表明：1)1980—2019年期间,福建省年降水量呈不显著的增加趋势(2.78 mm·a^-1,P>0.05),夏季降水量的增幅最大,达5.75 mm·a^-1(P<0.05),此外,夏季的多年平均降水量为615.31 mm,占年降水量的37%;2)福建省年降水量与ENSO指数的相关程度呈现“西强东弱”的格局;1990s中后期以来年降水量受ENSO事件的影响较明显,降水对ENSO指数的响应存在一定的滞后;3)夏、冬季降水与ENSO为正相关,均与强ENSO暖事件有密切联系。研究结果深化了对福建省降水变化特征的认识,为科学应对福建省洪旱灾害提供了理论依据。     

南京年纹层石笋δ18O记录的冰期气候事件特征

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数建立24~21 ka B.P.时段平均分辨率3年的δ¹⁸O季风降水序列,精确标定了IS2事件的发生时间。通过与极地冰芯记录对比,发现G ISP2与石笋时标一致,而GR IP和NGR IP时标在相当事件上偏年轻800~2000年。结合洞内另一支不同时段的石笋年纹层记录,证实东亚季风降水与极地气候在反映气候事件特征上有所不同,季风气候在由干向湿的转型期(包括H2、H1)呈现阶梯式增长特征,其持续时间均超过600年,有可能说明除北大西洋温盐环流外,低纬太平洋海-气耦合也是东亚季风气候的重要触发源。     

中国西北部高山区多尺度降水稳定同位素的时空变化成因分析

大气降水氢氧稳定同位素可以指示降水过程的气候环境变化,分析其变化对于研究现在及过去气候条件下的水文循环过程具有重要意义。本研究选取中国西北部典型的天山、昆仑山为研究对象,基于研究区5个高山站点2013—2015年间的353个大气降水样品的δ²H、δ¹⁸O分析测试结果,系统分析了不同时间尺度下δ²H与δ¹⁸O的时空分布特征及其与环境要素的关系,并结合ERA5数据探讨了其水汽通量及风向特征。结果表明：(1)研究区大气降水稳定同位素呈现较为显著的时空变化特征,降水δ¹⁸O季节上呈现夏高冬低,而空间上呈现北高南低;拟合的区域大气降水线为δ²H=7.74δ¹⁸O+5.83 (R²=0.98),揭示其降水过程受云下蒸发影响强烈(斜率较低)。(2)研究区降水δ¹⁸O与温度呈现正相关关系,与高程呈现负相关关系,而与降水量间无显著相关关系。(3)水汽来源的分析结果表明,研究区水汽输送路径主要为西方路径(占比6...     

青藏高原西北部大气降水稳定同位素时空特征变化

作为水环境的重要指示剂,稳定同位素已经成为区域水文学、气候学研究的重要工具。降水作为水循环的输入项,其同位素组成是研究山地地表水过程、地下水形成转化、冰川变化等问题的必要信息。为了进一步增加对于青藏高原西北部降水过程及其控制因素的认识,本文基于青藏高原西北部五个长期观测站点降水中δD和δ18O数据,研究了青藏高原西北部与塔里木盆地交界地区大气降水稳定同位素时空分布特征。分析结果显示该地区降水稳定同位素季节变化较为明显,表现出夏高冬低的变化趋势,不同月份呈现出不同的空间分布特征。除狮泉河站降水δ18O值与温度关系不显著外,其余站点δ18O值随温度升高而增加。区域内降水量对降水δ18O值的影响不显著,降水稳定同位素高程效应明显,降水δ18O值随海拔上升而降低。降水过量氘(d值)的分布也呈现出显著的季节差异,总体表现出夏半年高、冬半年低的特点,受水汽再循环的影响,西合休站夏季降水的d值呈现较高的水平。研究表明,气温是控制该地区降水同位素分馏的重要因素,通过对于该区域降水蒸发比的计算发现,该地区临近沙漠的和田站的降水同位素受蒸发作用最为显著,而高海拔地区的狮泉河站降水受蒸发影响最小。     

季风区边缘近500年的降水变化特征

基于武都万象洞高分辨率石笋δ¹⁸O和高精度²³⁰Th定年数据,结合利用周边地区史料恢复的旱涝指数序列,重建季风区边缘近500 a以来降水变化。结果显示:在年际至百年时间尺度上,万象洞石笋δ¹⁸O变化指示亚洲季风带来的降水量信息。季风区边缘降水变化可分减弱期(1470~1700 A.D.)、平稳期(1701~1875 A.D.)和增强期(1876~2003 A.D.)三个气候段,其间季风降水的强弱变化响应史料记载的极端旱涝事件。在小冰期向20世纪暖期转换过程中,本区呈现阶梯式过渡降水模式,这是一种较大空间尺度上气候特征,在年代际至百年时间尺度上与北半球温度、中国温度变化具有同步性。     

城镇化流域降水径流氢氧同位素特征及洪水径流分割

为研究人类活动影响下河流降水径流响应特征,以珠江三角洲典型城镇化流域石马河为研究对象,采集2017年1-12月日降水、河水样品和3场台风期间的时段降水、洪水样品,通过测定其氢氧稳定同位素组成（δD、δ ¹⁸O）,分析流域降水、径流氢氧同位素组成特征,并利用同位素二元混合模型,分割3场台风降水事件中事前水及事件水对流量过程的贡献。结果表明,研究区域大气降水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-105.10‰~+9.98‰和-14.80‰~-0.55‰,年加权平均值为-57.88‰和-8.61‰,大气降水线为δD = 7.70δ ¹⁸O+8.61（R ²= 0.98）;河水δD、δ ¹⁸O的变化范围分别为-91.23‰~-15.96‰和-12.66‰~-4.01‰,δD-δ ¹⁸O基本落在局地大气降水线上,表明降水是石马河径流的主要来源。3场台风期间,事件水占洪水总径流量的比例分别为59.7%、55.0%和69.4%,均高于事前水占比。洪水涨水初期事前水和事件水同步增长,涨水后期事件水比例逐渐增大,洪峰期间比例大于80%,成为径流主导成分,表明流域城镇化过程中下垫面不透水面积的增加会显著改变水文循环过程。本研究成果可为珠江三角洲城镇化流域水文预报提供理论基础。     

西北地区大气降水δ18O的特征及水汽来源

根据2005年各月在中国大气降水同位素观测网(CHNIP)位于西北地区的阜康、策勒、临泽、海北、沙坡头、长武和安塞观测站点收集的降水样品,对其中的同位素的组分进行测定,分析了西北地区大气降水中δ18O的时空分布特征.所建立的局地大气降水线方程δD=7.05δ18O-2.17,反应了西北地区独特的局地气候特点.降水δ18O的温度效应显著,而降水量效应只在夏季(6-8月)间存在.δ18O的空间分布特征可以很好地反映西北地区的大气环流背景.应用瑞利分馏模型及动力分馏模型对阜康-安塞沿线降水δ18O的定量模拟结果,揭示了西北地区降水水汽的分馏主要以动力分馏为主,雨滴在降落过程中历经了一定的二次蒸发过程,其降水水汽中也混入一定量的由局地再蒸发的水汽.此外,利用西北地区在全球大气降水同位素观测网络(GNIP)中的乌鲁木齐、和田、张掖、兰州、银川和西安6个站点的长时间序列的δ18O与降水量、温度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量估算;基于乌鲁木齐站点12年的δ18O资料对该地区的温度拟合,为历史气候的定量恢复提供了依据.     

黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度关系研究

根据黑河流域中上游地区所取得的降水水样和降水气象资料,分析了该区域降水中氢氧同位素随温度的变化特征,研究了内陆河黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度的关系,揭示了降水中氢氧同位素随温度的变化规律。降水中氢氧同位素与温度有很好的正相关关系,且与降雨前后平均气温之间的相关性优于与降雨前和降雨后气温之间的,温度与δ~(18)O之间的相关性优于与δD的。在黑河流域,局地性降水的增加影响降水中氢氧同位素与温度之间的关系,在山前或山前盆地,因局地性降水增加,所以降水中氢氧同位素与温度的关系与山区相比较差。     

天山地区大气降水氧同位素的影响因素及其对西风环流变化的指示意义

利用全球降水同位素观测网（GNIP）提供的乌鲁木齐大气降水氧同位素（δ¹⁸O_p）观测数据（1986-2003年）,结合和田δ¹⁸O_p数据及天山冰芯δ¹⁸O记录,分析了天山地区δ¹⁸O_p在年内和年际尺度上的变化特征,及其与主要气候要素（温度和降水量）的关系。结果表明,年内尺度上,δ¹⁸O_p与月均温和月降水量均为显著正相关,表现出明显的“温度效应”;年际尺度上,加权平均年δ¹⁸O_p与年均温度却呈现负相关关系,与降水量仍为正相关。近40~50年的天山地区4支冰芯的δ¹⁸O具有整体偏负的变化趋势,与研究区逐步升高的温度呈反向变化,说明在年际至年代际尺度上,这一区域δ¹⁸O_p与温度之间的负相关关系是客观存在的。进一步对研究区水汽来源路径的对比分析发现：δ¹⁸O_p值偏负的高温年份（1997年）的暖季水汽相对更多来源于远源的高纬度区域,而δ¹⁸O_p值偏正的低温年份（1988年）则相对更多来自近源的中、低纬度区域;同时,研究区上风方向的欧亚大陆14个GNIP站点1997年和1988年的暖季加权平均δ¹⁸O_p值存在高纬度区域偏负而中、低纬度区域偏正的特征;这些结果说明年际至年代际尺度上,天山地区δ¹⁸O_p与温度之间的负相关,本质上指示了西风环流南北摆动所引起的水汽来源变化,可以作为西风环流变化的指示器。     

沿三条水汽输送路径的降水中(&)18o变化特征

分析和比较了沿三条水汽输送路径降水中稳定同位素的变化.沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均δ18O的季节差异较小.自曼谷起,降水中δ18O的季节差异明显增加.沿北方水汽路径,郑州以西取样站暖半年与冷半年平均δ18O的季节差异均大于零.随着经度的增加,降水中平均δ18O的季节差减小.沿高原水汽路径,印度次大陆南部降水中的δ18O相对较高,随着纬度的增加,降水中δ18O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δ18O急剧下降.     

水汽来源和环境因子对典型亚热带季风区降水稳定同位素的影响——以湖口地区为例

基于亚热带季风区湖口降水稳定同位素进行高频监测,利用HYSPLIT模型、潜在源贡献因子算法和质量浓度权重轨迹等方法对湖口区降水水汽来源进行分析,研究结果表明：① 湖口地区大气降水同位素组成呈夏季低、春冬季高变化趋势,湖口地区大气降水线斜率（8.19）和截距（12.5）与全球大气水线较为接近,说明整体上该研究区气候环境相对湿润。② 湖口降水同位素组成与降水量、湿度和温度均成显著负相关关系,这表明其具有显著的降水量效应、湿度效应和反温度效应。③ 湖口地区水汽来源主要受东南沿海内陆地区、南海和孟加拉湾源区水汽影响显著,其造成降水同位素值也明显偏小,尤其在夏季和秋季。④ 湖口地区降水同位素组成变化还受锋面天气系统（准静止锋和冷锋）和台风影响,台风降水的水汽来源主要来自中国南海和东海地区,此水汽往内陆输送过程中不断形成降水,此过程中降水重同位素（¹⁸O和²H）不断被冲刷造成其值逐渐变小;受准静止锋面系统影响降水δ¹⁸O值为极小值,这与锋面系统中冷、暖气团相遇造成强烈空气对流活动密切相关;而在冷锋面系统影响下,湖口地区降水δ¹⁸O值和d-excess较大,这与中国南方内陆局地再循环水汽补充有关,该研究结果将为鄱阳湖流域大气环流和水循环过程研究提供科学依据和数据支撑。     

珠江流域多尺度极端降水时空特征及影响因子研究

基于珠江流域74个气象站点1952~2013年逐日降水和气温数据,采用POT抽样、Mann-Kendall（MK）趋势检验、泊松回归等方法,从降水量级、降水频率及发生时间等方面系统分析了珠江流域年、雨季及旱季3个时间尺度上的极端降水特征,并从降水对温度变化响应及ENSO影响等角度,探讨了极端降水变化特征的机理。研究表明：① 珠江流域极端降水年内分布不均,多发于4~9月,其中6月份发生频率最高;② 珠江流域极端降水频率在雨季及年际间分布较为均匀。但在旱季,珠三角地区极端降水在不同年份差异性较大;③ 在雨季及年际尺度上,极端降水年序列趋势性并不显著;而相对干旱季节,极端降雨量级、发生频次均随年份增加呈显著上升趋势,且发生时间提前。珠江流域农业以水稻(Oryzasativa)种植为主,旱季极端降水增加易导致冬汛及其引起的作物倒伏与农田渍涝等灾害,同时对秋冬防洪提出新的挑战,需要引起人们的关注;④ 温度升高和ENSO事件对珠江流域极端降水过程有显著影响。从ENSO影响的角度讲,在厄尔尼诺年,珠江流域西部极端降水量级和频率增加,而流域东部沿海区域极端降水量级减少,时间延后。     

沿三条水汽输送路径的降水中δ^18O变化特征

分析和比较了沿三条水汽输送路径降水中稳定同位素的变化。沿南方水汽路径，低纬度地区取样站降水中平均δ^18O的季节差异较小。自曼谷起，降水中δ^18O的季节差异明显增加。沿北方水汽路径，郑州以西取样站暖半年与冷半年平均δ^18O的季节差异均大于零。随着经度的增加，降水中平均δ^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δ^18O相对较高，随着纬度的增加，降水中δ^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δ^18O急剧下降。