青藏高原那曲河流域降水及河流水体中氧稳定同位素研究

根据青藏高原中部那曲河流域 1 998年夏季测得的上下游中稳定同位素的日变化 ,并与同期观测的流域降水中稳定同位素比较 ,分析了河水中δ18O的变化特征 ,初步研究了该流域的稳定同位素水文循环过程。河水中δ18O的变化幅度远小于降水 ,它是降水中δ18O、降水量以及地表蒸发过程共同作用的结果。研究发现湖水对于稳定同位素变化起着显著的调节作用。

青藏高原水汽输送与冰芯中稳定同位素记录

降水中稳定同位素作为水中的组成成分,与水汽来源的变化存在直接的关系。根据在青藏高原降水中稳定同位素的研究,青藏高原南北降水中1δ8O和过量氘(d)都存在着显著的空间变化,这种空间变化与西南季风夏季向北推进的位置有关。在时间变化上,青藏高原不同地区降水中1δ8O和d的季节变化特征也与水汽来源的季节变化有关,而且这种季节变化主要受控于西南季风水汽与西风带输送水汽之间的相互作用,在中国最北端的阿尔泰山区还受到极地气团的影响。由于不同的大气环流造成的水汽来源的差异,青藏高原冰芯中稳定同位素变化也存在空间差异。北部地区冰芯中稳定同位素的年际变化与当地气象站记录显示良好的对应关系,而南部冰芯中稳定同位素的变化与当地气象站降水量在年际变化上显示反相关关系。

拉萨夏季降水中氧稳定同位素变化特征

根据青藏高原拉萨气象站１９９３～１９９６年雨季降水中δ１８Ｏ的测量和ＩＡＥＡ／ＷＭＯ的观测结果，分析了拉萨雨季降水中δ１８Ｏ的变化规律，以及与气温和降水之间的关系。受青藏高原季风的影响，拉萨降水季节变化异常明显，降水集中在夏半年，尤其是７～９月份。拉萨降水中δ１８Ｏ也表现出季风降水的典型特征。降水中δ１８Ｏ“雨量效应”明显，而且这种降水量的影响远远掩盖了气温对降水中δ１８Ｏ的作用。高降水对应降水中δ１８Ｏ低值，反之亦然。拉萨降水中δ１８Ｏ的这种变化特征与青藏高原北部是不同的。

希夏邦马夏季降水中水化学特征

１９９６夏季，中美联合冰川考察队在西藏南部希夏邦马地区进行联合冰川学综合考察，期间在多处进行了降水样收集和冰川表面积雪的采集，为希夏邦马冰川冰芯中古环境气候记录的解释奠定基础．此外，还进行了同步气象观测．比较分析希夏邦马降水中氧稳定同位素、化学成分变化特征和冰川表面的沉积记录．结果发现希夏邦马夏季降水中氧稳定同位素含量和气温变化并未表现出相关性，但其“高程效应”却十分明显；降水中各离子成分的变化幅度很大，但除ＮＯ－３之外，其变化具有明显的同步性；海拔高度的变化对冰川沉积记录的保存产生重要的影响；如果海拔高度偏低，由融化所导致的淋溶作用会改变雪层中的环境信息记录．

青藏高原中部土壤水中稳定同位素变化

根据 1 998年夏季测得的青藏高原中部那曲地区降水和土壤水中稳定同位素 ,分析了不同层位土壤剖面中稳定同位素的变化规律及与水分迁移的关系。研究结果发现 ,土壤表层水中δ1 8O受降水中δ1 8O的直接影响 ,并且与降水中δ1 8O有相同的变化趋势 ,而地下水中δ1 8O受降水中δ1 8O的直接影响不明显 ,变化幅度很小 ,表明地下水并非直接来源于当年夏季的降水 ,可能代表了多年降水的平均状态。不同土壤剖面水中δ1 8O的变化反映了降水向地下逐渐渗浸的过程。表层土壤水中δ1 8O受降水的影响最为明显 ,而向下土壤水中δ1 8O受地下水δ1 8O的影响增强 ,显示出地下水在土壤水分活动中起着活跃的作用。

青藏高原中部水蒸发过程中的氧稳定同位素变化

作为青藏高原稳定同位素水文循环的一个重部分 ,1 998年夏首次在青藏高原中部的那曲和安多两地同时进行了水蒸发过程中氧稳定同位素变化观测研究 .模拟和实验结果都显示出了大气相对湿度对水蒸发过程中氧稳定同位素变化的显著影响 .模拟结果还显示剩余水中δ18O与剩余水比率呈指数关系 ,但实验分析结果表明 ,蒸发过程中剩余水中δ18O与剩余水比率更接近于线性关系 ,这种关系可以定量地表示出来 .从理论上与实验中都可以计算出不同相对湿度下蒸发分馏因子的大小 .并且实验结果与理论模拟结果较一致 .

青藏高原中部降水稳定同位素变化与季风活动

根据1998年夏季中日GAME/Tibet项目在青藏高原中部进行的降水中稳定同位素研究结果以及相关的气象观测资料,分析了青藏高原中部夏季降水中δ18O的变化规律。研究结果发现,青藏高原中部夏季降水中δ18O的波动与大规模天气活动有关,而不是地方性的气象条件。该地区降水中δ18O对水汽来源的变化以及水汽的输送过程十分敏感。夏季伴随西南季风进入高原南部的水汽形成的降水中δ18O较低,而且季风活动越强,降水中δ18O也越低。从青藏高原北部而来的水汽或地方蒸发水汽形成的降水,其δ18O值较高。

喜马拉雅山南坡冬季暴雪对高原南部冰芯中稳定同位素记录的影响

聂拉木气象站降水中 δ18O的变化表明 ,夏季降水中 δ18O为一低值阶段 ;冬季降水中 δ18O总的来说为一高值阶段 ,但冬季暴风雪中δ18O的值和夏季强的季风活动中降水的δ18O一样很低。由于该地区冬季降水十分活跃 ,冬季降水中 δ18O的变化对该地区冰芯记录将产生重要的影响。首先是用δ18O的季节变化来对冰芯定年产生一定的困难 ,其次喜马拉雅山中段冰芯中的δ18O记录不仅包括了夏季季风活动的强弱信息 ,而且冬季强的暴风雪过程也记录在内。

中国西部降水中δD的初步研究

通过１９９６年夏半年中国西部６个站点降水中δＤ的空间变化特征和与气温变化关系的研究，结果表明，中国西部不同地区降水中δＤ的空间变化很大，青藏高原南部降水中δＤ较低，中国广大的西北内陆地区是降水中δＤ的一个高值区，远高于青藏高原南部地区，其空间变化未遵从“大陆效应”的规律．分析表明，这与中亚腹部干旱的气候条件和大陆内部的局地水汽循环有关．而且在大陆内部降水中δＤ对气温变化的敏感性很强，而在高原南部的季风区，降水中δＤ与气温无明显相关性．

青藏高原天然水体中As变化初步研究

根据测得的青藏高原部分天然地表水体 (包括河水、湖水等 )中As的含量 ,初步分析了青藏高原部分地区天然地表水中As的空间分布规律 .研究发现 ,青藏高原不同区域河水中As的浓度存在显著的空间变化 ,尤其是狮泉河流域河水中异常高的As含量 .这种空间差异可能是由地区土壤与岩石中As含量的差异造成的 ,而那曲河水中较高的As可能反映了人类活动的影响 .湖水中As的含量高于河水 ,最高可高达 12 0 0 μg·L-1以上 .内陆湖湖水中高的As含量可能与水的蒸发浓缩有关 。

内陆河流域系统降水中的稳定同位素──乌鲁木齐河流域降水中δ^(18)O与温度关系研究

研究了乌鲁木齐河流域从下游乌鲁木齐站、中游跃进桥站和源头大西沟站降水中稳定同位素与温度的关系，揭示了内陆河流域系统降水中稳定同位素的变化规律，在乌鲁木齐河流域，降水中的δ(１８)Ｏ随海拔增高而减小， δ(１８)Ｏ与温度有密切的正相关关系，说明δ(１８)Ｏ是温度的可靠指标．在乌鲁木齐河流域，局地性降水的增加影响单个降水事件中δ(１８)Ｏ与温度的关系．在跃进桥站和大西沟站，因局地性降水增加，所以单个降水事件中δ(１８)Ｏ与温度的关系较乌鲁木齐站差．但在月平均以上时间尺度上，跃进桥站和大西沟站δ(１８)Ｏ与温度的关系反比乌鲁木齐站好，说明越往冰川区，δ(１８)

亚洲降水中δ^(18)O沿不同水汽输送路径的变化

利用IAEA/WMO全球监测网和青藏高原的监测站,建立了由赤道地区经我国西南水汽通道至长江中下游的南方水汽输送路径、沿西风带自我国西部经华北至日本的北方水汽输送路径以及自南亚穿喜马拉雅山到我国青藏高原的水汽输送路径的取样剖面,比较了三条水汽路径在不同季节降水中啄18O的变化及其与温度、降水量的关系。沿南方水汽路径,低纬度地区取样站降水中平均啄18O的季节差异较小。沿北方水汽路径,郑州以西取样站平均啄18O的季节差均大于郑州以东的取样站。随着经度的增加,降水中平均啄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啄18O相对较高,随着纬度的增加,降水中啄18O逐渐减小。在翻越喜马拉雅山后,由于强烈的洗涤作用,降水中啄18O急剧下降。

乌鲁木齐河流域不同水体中的氧稳定同位素

采用乌鲁木齐河流域历年采集的降水、表层粒雪、冰川融水和河川径流等水样资料,分析了取样期间不同水样中氧稳定同位素的变化,揭示了降水中氧稳定同位素变化存在着明显的温度效应,而温度效应又与海拔高度有关;表层粒雪和冰川融水中氧稳定同位素则无明显的高度效应;冰川融水中的氧稳定同位素比率小于河川径流中的氧稳定同位素比率。评估了不同影响因子对水循环过程中稳定同位素变化的影响及相互作用,为稳定同位素技术在水循环研究中的应用提供了实例。

藏北高原夏季降水的水汽来源分析

根据GAME-Tibet加强观测期间取得的降水量和δ18O资料,基于来自海洋性气团的水汽形成的降水中δ18O较低、来自局地蒸发形成的降水中δ18O较高这一认识,尝试性地给出了划分不同来源水汽的标准。基于此标准,对研究区域中局地来源水汽和海洋性气团水汽在总降水中所占的比率定量估计。就安多附近平均而言,1998年6～9月海洋气团的直接输送而形成的降水量至多占总降水量的32.06%,而局地蒸发的水汽所形成的降水量至少占总降水量的46.86%。其它至少有21.8%可能来源于季风环流对沿途蒸发水汽的输送。青藏高原中部(如安多等)的降水,可能是海洋性气团携带的水汽经过若干次凝结-降水(降落到地面)-蒸发-再凝结等过程,不断循环并依次将水分通过季风环流向高原中西部推进。

雅鲁藏布江流域河水中氧稳定同位素的时空变化

根据雅鲁藏布江流域2005年干流的拉孜、奴各沙、羊村和奴下4个站点河水中δ18O实测数据以及相关的气象和水文资料,分析了河水中1δ8O的变化特征.通过与同期该流域降水中1δ8O的比较,初步研究了流域内河水中1δ8O的时空分布特征.结果表明:河水中1δ8O的变化大致以7月中旬为界划分为两个明显的阶段,前一阶段河水中1δ8O呈上升趋势,以相对高值为特征;而后一阶段则呈下降趋势,以相对低值为特征;河水中δ18O的这种季节变化可以很好地被正弦波变化所揭示.从空间上来看,由于受到支流、地下水和蒸发等的影响,河水中1δ8O变化比较复杂,在青藏高原夏季季风降水期间,由下游的奴下站至中游的奴各沙站,河水中的1δ8O逐渐递减,其由高程效应和水平距离所造成的递减率分别为0.21‰.(100m)-1和0.45‰.(100km)-1.河水中1δ8O变化受到降水中1δ8O强烈影响,但其波动远小于降水,在青藏高原夏季季风降水期间,河水中1δ8O的平均波动幅度为4.8‰,比流域降水中δ18O的平均波动幅度低了19.7‰.整个流域均到受蒸发的影响,在青藏高原夏季季风降水期间,降水中1δ8O的加权平均值为-17.4‰,河水中1δ8O的平均值为-16.6‰,造成这种差异的主要原因在于降水和河水中的稳定同位素又通过蒸发发生分馏.

青藏高原南北降水变化差异研究

利用青藏高原1960—2004年近45 a气象台站年降水记录,对高原中东部年降水做了空间变化分析,发现高原以唐古拉山为界,高原南北降水变化存在明显差异,特别是高原南部和东北部降水几乎成相反的变化.进一步分析5个重建的长时间降水序列,发现青藏高原南北降水在百年时间尺度上也存在明显的差异.在百年时间尺度上,过去600 a高原南北降水变化都在1740年和1850年左右发生突变.1740年以前,整个高原北部降水都在波动中增加,而高原南部在减小;1740—1850年期间,高原北部降水在波动中减小,而高原南部在增加;1850年以后,高原北部降水又在波动中增加,而高原南部降水在减小.高原南北降水变化的空间差异主要是由季风和西风带决定的.

喜马拉雅山脉西段纳木那尼冰川正在强烈萎缩

2004年和2006年对青藏高原西南部野外考察结果表明,喜马拉雅山脉西段的纳木那尼冰川正在强烈萎缩.在过去几十年内,许多支冰川已经和纳木那尼主冰川分离,冰川末端形成大量不连续的冰塔林,冰川末端在1976—2006年平均退缩速度为5 m.a-1左右,2004—2006年后退速度达到7.8m.a-1,表现出近期加速后退态势.考察发现,冰川表面由于强烈消融而形成数量众多的融化坑,冰川表面强烈减薄,2004—2006年期间冰川冰舌段海拔5 800 m处冰体厚度减薄率为1.42 m.a-1,在海拔6 050 m冰川大平台处为0.67 m.a-1.冰川物质损耗严重,利用现有花杆资料计算2004—2006年年均冰川物质平衡为-685 mm水当量.邻近纳木那尼冰川的普兰县气象站观测资料表明,近30 a来气温呈快速上升趋势,而降水量急剧减少,气候暖干是造成纳木那尼冰川强烈亏损的主要原因.如果近期气候暖干态势持续加剧,必然导致该区冰川更加强烈的物质损耗,冰川萎缩速度将进一步加快.

不同时间尺度下的稳定同位素变化

根据北半球IAEA/WMO监测网 12个具有长序列站点的资料 ,分析了在不同时间尺度下降水中δ18O的时空变化特征 .被选出的 12个取样站都存在显著的降水量效应 ,δ18O/降水量变化率的大小与降水量存在一定程度的反比关系 .降水量效应不仅与产生降水的强对流现象相联系 ,而且与降水量的季节分布有关 .在年尺度下 ,12个站中的 11个站具有一定程度的温度效应 ,相对而言 ,位于中低纬度取样站的平均δ18O/平均温度变化率大于中高纬度 .与单站相比 ,合计的δ18O和温度之间的正相关关系要显著得多 ,说明δ18O的年际变化主要受大尺度气象条件的制约且反映大尺度空间的环境和气候变化 .分析表明 ,12个站合计的年加权平均δ18O和合计的年平均温度的逐年变化具有较好的一致性 .

西藏年楚河满拉水库上游冰川变化及其影响

西藏年楚河流域满拉水库上游的冰川融水对"一江两河"地区的农业和水利发电十分重要,而气温升高导致青藏高原冰川普遍退缩.利用1980年地形图、1990年Landsat TM、2000年LandsatETM+和2005年CBERS遥感影像估算了满拉水库上游冰川面积的变化,并评价了其可能影响.结果表明,1980-2005年无表碛物覆盖的冰川面积减少了7.34%(13.42km2).冰川退缩近期将对农业灌溉、水利发电产生积极影响.然而,由于大量的小冰川(<2km2)将会在未来快速退缩和消失,导致水资源短缺.同时,冰川补给湖泊呈快速扩张趋势,冰湖溃决洪水发生的可能性将大大增加.

沿三条水汽输送路径的降水中δ^(18)O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。