黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解, 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础, 除对降水同位素特征进行分析外, 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法, 对研究区降水的水汽来源进行了分析, 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势, 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）, 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82, r=0.54, P<0.0001）, 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81, r=0.03, P<0.0001）; 研究区降水受多种水汽影响, 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外, 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂; 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区, 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等; 当降水量小、 温度高时, 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小, 暴雨稳定同位素值较贫化, 受东南季风水汽影响最大, 其次是北方和西风水汽, 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。     

水汽源区变化对陕西关中降水稳定同位素的影响

基于关中地区7个站点的降水同位素及气象数据,分析了δ~(18)O的时空特征及环境效应,模拟出代表站点的气团运移轨迹,利用向外长波辐射(OLR)数据研究水汽源区变化及对夏半年降水稳定同位素的影响。结果表明:δ~(18)O有着较为明显的季节性变化规律,由春季到冬季逐渐下降,空间分布则呈由东南向西北递减的趋势;大气降水线方程表现出明显的过渡性区位特征,夏半年以降水量效应为主;水汽主要通过西北与东南两个水汽通道输送,青藏高原的热力、动力性质对水源差异产生了较大影响;水汽源区变化与对流层中上部水汽含量场都与稳定同位素特征、水汽运移轨迹有着较强的对应关系,8、9月形成于西太平洋的热带辐合带(ITCZ)使东南季风成为夏季关中地区主要的水汽输送通道。     

陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成与气候

陆生蜗牛响应气候环境变化敏感,其壳体化石碳氧同位素组成（δ¹³C和δ¹⁸O）具有重建古生态和古大气水文条件的巨大潜力。然而目前针对中国黄土古土壤沉积序列中蜗牛化石碳氧同位素组成开展的古环境古气候重建研究却仍然不足,根源在于对蜗牛壳体δ¹³C和δ¹⁸O指标气候意义的认识仍不明确。文章从现代过程研究着手,综述了目前有关蜗牛壳体δ¹³C和δ¹⁸O气候环境意义的研究进展,并指出各自指标存在受控因子的复杂性和多解性等问题。通过总结这些研究认为：陆生蜗牛壳体δ¹³C值主要通过反映植物（尤其C₃）δ¹³C值变化来进一步响应当地降水量变化,进而指示环境的干湿程度,但同时需要考虑环境碳酸盐、大气CO₂等额外因子对壳体δ¹³C的影响;壳体δ¹⁸O值可以在较大程度上反映大气降水δ¹⁸O值变化,但同时需要考虑蒸发作用和温度等因素对壳体δ¹⁸O的影响;壳体δ¹³C和δ¹⁸O在作为气候指标时常受区域和蜗牛种属等因素影响。此外,还介绍了目前中国北方黄土地层中蜗牛壳体化石稳定同位素组成重建季风变化的研究进展和近十年来有关蜗牛壳体团簇同位素新方法的研究进展。最后,论文针对壳体δ¹³C和δ¹⁸O指标存在的问题提出可能的解决办法,并对以后蜗牛碳氧同位素古环境研究方向进行展望。

     

南京大气降水氧同位素变化及水汽来源分析

研究结论有助于了解南京地区的水汽输送以及水汽循环过程。在全球大气降水同位素观测网(GNIP)南京站点的大气降水氢氧同位素资料基础上,并结合相关气象资料,分析了南京地区大气降水稳定同位素时间分布特征及其影响因素,并建立了局地大气降水线方程。结果表明:南京地区大气降水中δ¹⁸O春季最为富集、夏季最为贫化;年尺度下降水δ¹⁸O与温度之间不存在正相关,而与降水量之间存在负相关;季节尺度下,冬季的δ¹⁸O与温度、降水量的关系与年尺度结果相反,皆呈现出正相关关系。采用HYSPLIT模型对站点水汽来源进行追踪,并结合季风活动分析得出:全年中南京大气降水δ¹⁸O变化主要受亚洲夏、冬季风及其带来的水汽影响,在季风交替时节(春、秋季)虽降水源于局地蒸发水汽,但仍为季风带来降水的影响。     

水汽输送对雅鲁藏布江流域降水中稳定同位素的影响

利用NCEP/NCAR全球大气再分析格点资料和2005年西藏雅鲁藏布江流域4个站点（拉孜、奴各沙、羊村和奴下）降水中δ18O数据，分析了雅鲁藏布江流域降水中δ18O变化同水汽输送通量的关系。从空间上来看，雅鲁藏布江流域降水中δ18O同水汽输送通量呈明显的正相关，从下游至上游，随着水汽输送通量的减少，降水中的δ18O逐渐降低；从时间上来看，春季水汽通量较小，降水中的δ18O较高，而在夏季，水汽通量大，降水中的δ18O较低。在此基础上，又利用NCEP/NCAR气象数据建立水汽追踪模型，以羊村站为例对雅鲁藏布江流域降水的水汽输送过程进行了追踪模拟，并讨论了降水中δ18O变化同水汽源地以及输送过程的关系。结果发现，在季风降水之前的春季，降水中较高的δ18O主要受西风带水汽输送以及当地蒸发水汽的影响；在季风期间，降水中较低的δ18O主要受来自印度洋暖湿水汽输送的影响。      

我国西南地区降水中过量氘指示水汽来源

中d小,受沿途降水冲刷作用的影响,降水中稳定同位素比率较低;在旱季,受大陆性气团的影响,我国西南地区降水的水汽主要来源于西风带的输送和内陆再蒸发水汽的补给,空气湿度小,降水中稳定同位素比率和d较大.     

陆生植物氮同位素组成与气候环境变化研究进展

近年来,由于植物氮同位素组成(δ15N)记载了气候环境变化的信息,因而被广泛应用于全球变化研究中,成为古气候环境再造和了解现代气候环境变化信息的有力工具。然而,人们对气候环境引起的δ15N变化及其指示的气候环境意义并不完全清楚,这就有可能限制植物δ15N在古气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物氮同位素分馏和植物不同氮源的氮同位素分布的基础上,分析了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ15N的影响以及它们的关系。指出了目前研究中存在的问题及其研究前景,认为在全球变化研究中利用植物氮同位素技术不仅可以重建古气候环境(如重建大气CO2浓度变化),揭示历史时期温度、降水的变化,而且还可以在一定的时间和空间上综合反映生态系统氮循环的特征。     

影响青藏高原的天气系统与降水中氧同位素的关系

青藏高原的天气系统对降水中氧同位素比率的大小有重要的影响，在西风槽的影响下，降水中δ＾１８Ｏ与温度呈正相关关系；在切变线和高原低涡系统的影响下，高原季风区降水δ＾１８Ｏ与降水量和温度呈负相关，非季风区降水中δ＾１８Ｏ与温度仍呈正相关。     

马牙氧同位素组成与气候指标的定量关系

提出以马牙的氧同位素组成作为一种新的代用性气候指标，根据全球不同地点现代野生马类（Ｅｑｕｕｓ属）的牙齿釉质层氧同位素组成建立了与年平均温度的线性关系：δ（１８）Ｏ＝０．５０８０Ｔ＋１０．４９（ｒ＝０．８２），证明马牙氧同位素组成响应于大气降水的氧同位素组成，并且能够代表某一生态区域内的多年平均值。由于哺乳动物牙齿的釉质层具有良好的抗成岩作用能力，因此可以利用马牙化石的氧同位素组成来推算地质历史时期的年平均温度值，对第四纪以来的气候环境演变提供定量化的分析资料。     

湖北清江和尚洞石笋的高分辨率碳氧同位素及古气候研究

通过对湖北清江和尚洞HS - 2号石笋的沉积特征及碳、氧同位素特征分析, 利用U系法定年, 获取了湖北地区19.0~6.9ka的古气候、古环境信息(平均分辨率为17a, 局部分辨率达到7a).得出如下结论: (1) 19.0~16.6ka, C, O同位素偏轻, 气候冷湿; (2) 16.6~11.1ka, C, O同位素偏重, 气候干热; (3) 11.1~10.3ka干热时期中的突然回冷事件对应于新仙女木事件; (4) 10.3~6.9ka气候温和, 雨量较丰, 后期逐渐变冷.反映了历史时期湿冷、干热、温暖交替变化的气候趋势, 得出了千年级和百年级的一些气候变化趋势      

洞庭湖流域夏季旱涝与降水同位素丰度的关系

稳定同位素在自然界中含量稀少,对环境变化极为敏感并能够记录环境变化。水稳定同位素技术被广泛地应用于水文气象、气象诊断和古气候恢复等领域。目前关于中国南方降水中氧稳定同位素的代表性问题一直存在争议,实测同位素数据的时间跨度短、取样不连续以及各站点的空间分布不均匀都对研究产生不利影响。文章利用实测的和isoGSM2模拟的水稳定同位素数据,分析了在月、季节和年时间尺度下洞庭湖流域夏季降水量与降水稳定同位素（δ¹⁸O_p）丰度的关系以及它们可能的影响因素,并利用多元线性逐步回归的方法计算了各影响因素的相对贡献。结果表明,洞庭湖流域夏季加权平均δ¹⁸O_p与年加权平均δ¹⁸O_p的波动趋势基本一致,均与夏季降水量存在显著负相关,流域在夏旱（涝）年时,夏季加权平均δ¹⁸O_p显著偏正（负）0.48 ‰（0.66 ‰）,说明流域夏季存在显著的降水量效应。湘江河水中氧同位素（δ¹⁸O_r）在一定程度上也存在降水量效应,在夏涝年时,δ¹⁸O_r波动幅度较大并显著偏负。在逐年夏季的统计关系上,西太副高位置偏南偏西（偏北偏东）利于降水中氧同位素偏正（负）,说明流域存在环流效应。在年代际时间尺度上（9年滑动平均）,夏季降水量是年加权平均δ¹⁸O_p最主要的影响因素,可以解释年加权平均δ¹⁸O_p变化的75%左右。Lianhua洞石笋中δ¹⁸O与龙山站夏季降水量也表现出反向变化,雨除强度为-0.30 ‰/100 mm。可以认为,氧同位素在洞庭湖流域可以作为降水量的代用指标。以上研究结果对东亚季风区古气候重建具有积极意义,还需要更多的研究去确定局地影响因素与大尺度影响因素对降水中氧同位素比率的相对贡献。