一种获取地区大气降水线方程(LMWL)的简单方法——以北京平原为例

地区大气降水线(LMWL)是进行区域水循环研究的基准。受监测站点数量的限制,大多数地区无法获得,只能参考最近监测站点的降水线或全球大气降水线(GMWL),或者需要较长时间的监测后才能获得。传统的获取方法存在较多的限制。本研究以北京平原区为例,提出了一种获取地区大气降水线(LMWL)的新方法:通过对不同深度的第四系地下水进行取样测试获取同位素数据,然后拟合获得。通过与传统方法所得的本区大气降水线对比,表明本次所得方程的相关系数更大,标准误差小,样本量大,拟合效果更好。同时可以节约大量的监测时间与人力物力,且可获得长时间序列的历史数据,较为简单实用。该方法也存在一定的局限,要求取样时尽量选取颗粒细小的冲积平原地带。

中国大陆大气降水线斜率分区及其水汽来源研究

大气降水是自然界水循环过程中的一个重要环节。由于元素的各个同位素的质量不同,造成了降水中H2O与D2O之间、H2O与H218O之间的分馏效应。水循环过程中,由于同位素成分的热力分馏作用,全球降水中氢和氧稳定同位素存在一种线性关系,1961年Craig把这种关系定义为大气降水线。(Meteoric Water Line,简称为MWL):δD=8δ18O+10,又称为全球大气降水线(Global Meteoric Water Line,简称为GMWL)。本文通过对近年来全国各地大气降水中氢氧稳定同位素(2H、18O)之间的关系的资料进行整合作图,发现大气降水线斜率的大小存在地域差异并具有分区的特征,分析认为这种特征应该与当地降水的水汽来源有着密切联系,结合大气降水水汽来源,将中国大陆降水线斜率大体分为:东南沿海区、西南区、青藏高原区、西北内陆区、东北及华北内陆区几大区域,最终可以通过各地大气降水线的斜率分区来区分不同的水汽来源。

2006～2008年重庆大气降水δD和δ18 O特征初步分析

大气降水稳定同位素组成受到温度、蒸发、水汽源地等多种因素的复杂影响,在不同时间和不同地区具有很大差异。通过分析2006~2008年间重庆雨水样品的δD和δ18O,初步建立了当地的大气降水线方程。当地的大气降水稳定同位素组成在不同季节变化明显:夏季降水中的稳定同位素值普遍偏轻,而冬季降水中稳定同位素值普遍偏重。水汽来源是控制当地大气降水稳定同位素组成的最重要原因,而蒸发作用等是控制短期次降水事件中雨水稳定同位素组成的重要影响因素。

内蒙古夏季大气降水同位素特征及影响因素

为探明内蒙古地区夏季大气降水中δD和δ^(18)O组成特征及其对气象因子变化的响应关系,于2017~2019年夏季采集了内蒙古阿拉善左旗、呼和浩特市市区、正蓝旗、克什克腾旗(达里湖)、通辽科尔沁左翼中旗和呼伦贝尔新巴尔虎右旗(呼伦湖)等6个区域共计82次大气降水样品,结合来自全球降水同位素观测网(GNIP)的包头、张掖等6个区域大气降水样品中δD和δ^(18)O数据,分析了内蒙古地区大气降水中δD和δ^(18)O变化的区域差异及其主要影响因素,结果表明:内蒙古局地大气降水中δD和δ^(18)O值存在自西向东不断偏负的趋势,其中呼伦贝尔新巴尔虎右旗大气降水中δD和δ^(18)O值最偏负;相对地,西部阿拉善左旗大气降水中δD和δ^(18)O值最偏正;内蒙古地区局地大气降水线斜率和截距同样表现出自西向东逐渐偏正的变化趋势,显示二次蒸发作用的影响逐渐下降,且局地蒸发水汽团对西部地区大气降水影响明显,如位于西风环流影响区的阿拉善左旗等区域局地蒸发气团占到8月部分单次大气降水来源水汽团的100%,而7月份,东亚夏季风环流对内蒙古局地大气降水的影响最为明显;整体上,虽然区域大气湿度变化引起的二次蒸发是影响内蒙古局地大气降水过程的一个关键因素,不过大气降水量对夏季大气降水稳定同位素组成的影响最明显.即西风环流影响区大气湿度变化对氘盈余指数d值的影响程度明显强于东亚夏季风区大气湿度变化的影响,而东亚夏季风环流影响区大气降水量对d值的影响程度则相对明显.

长武塬区大气降水中氢氧同位素特征分析

通过测定长武塬区2005年降水水样的氢氧同位素组成,分析了该区降水氢氧同位素组成的基本特征。结果表明,长武塬区大气降水线方程为δD=7.44δ^(18)O+1.69,其斜率和截距与全球以及我国大气降水线相比均偏小,这与研究区地理位置和气候条件有关;降水氘盈余d值4—6月份较大,大于或接近10,7—10月份则小于10;以天为时间单位采集的次降水,其氢氧同位素组成的温度效应和降水量效应均不显著,而连续2 d长历时降水的雨量效应极显著;降水氢氧同位素组成季节变化明显,春季降水的氢氧同位素值较高,夏季同位素值降低,秋季同位素值最小,这在以次降水量为权重的加权平均值中表现得更加明显。

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=8.29δ^(18)O+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δ^(18)O值最大,而夏季最小;武汉市降水中δ^(18)O值呈现上升趋势,降水中δ^(18)O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。

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。

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。

内蒙古正蓝旗大气降水氢氧稳定同位素特征分析

在分析内蒙古正蓝旗2014年1-10月当地68次大气降水中同位素数据的基础上,结合研究区的气象资料,对当地大气降水中氢氧稳定同位素的季节变化特点、影响因素及水汽来源等进行研究。结果表明:正蓝旗地区大气降水中δ^(18) O具有夏高冬低的变化特征,而d值具有冬高夏低的特征;正蓝旗当地大气降水方程线为δD=7.52δ^(18) O+2.57,该方程斜率小于8,表明正蓝旗地区蒸发程度较强;当地大气降水中δ^(18) O体现出较弱的温度效应,但是不存在降雨量效应;从全年月尺度来看,正蓝旗大气降水夏季水汽来源于东南湿润地区,冬季则来源于西北干燥地区。

四川盆地与关中盆地春夏季大气降水氧同位素特征及意义

利用四川、关中盆地大气降水稳定同位素观测资料,通过计算、对比分析了两盆地内部降水稳定同位素春夏季节的变化特征.结果表明:两地降水稳定同位素在季节尺度上都具有显著的季节性变化;大气降水δ18O值与温度、降水量的相关性及变化趋势表明温度及降水量都不是两盆地内春、夏季上控制降水中稳定同位素变化的主要因素;两地春夏季大气降水线及其斜率、截距的异同,可以反映出两地局地气候特点及降水水汽来源的不同.降水水汽的来源是影响两盆地大气降水稳定同位素变化的主要因素,同时地理因素在季节上对地区降水水汽输送路径的影响改变了局地降水稳定同位素的组成.

石家庄地区大气降水氢氧同位素特征分析

研究大气降水中氢氧同位素的特征能够揭示水循环规律。依据全球氢氧稳定同位素监测网(GNIP)提供的大气降水稳定同位素资料,选择石家庄地区1985―2003年的资料数据,结合气象资料和水汽来源,分析了石家庄地区大气降水氢氧同位素的特征及变化规律,并建立了局地大气降水线方程。结果表明:石家庄地区大气降水的^(18)O春季最为富集,冬季最为贫化,夏秋两季相近;局地大气降水线方程为δD=6.39δ^(18)O-3.75,斜率和截距明显小于全球和中国大气降水线方程,反映该地区偏干旱的气候特征;年尺度上,石家庄地区大气降水δ^(18)O和δD具有一定的温度效应,但降雨量效应极为微弱,只在春夏季较为显著,表明该地区降水同位素受温度的影响作用更大。

湖北五峰南河流域大气降水方程求取

在研究分析流域内特殊地质条件和水文地质条件的基础上,试图利用河水、地下岩溶水的δD-δ18O稳定同位素测试分析资料求取当地大气降水线方程。从所得结果来看,在资金较少,其水文地质条件比较适宜的岩溶山区,利用这种方法可以粗略地求得当地的大气降水线。

基于GNIP的黄土高原区大气降水同位素特征研究

以GNIP为数据源,选取研究了黄土高原区7个站点(兰州、银川、靖边、西安、平凉、包头、太原)降水中稳定同位素的时空变化特征,分析了除靖边站之外的其他站点降水同位素与温度和降水量的关系,揭示了该地区降水中稳定同位素的变化规律。结果表明:(1)黄土高原大气降水稳定同位素在不同的区域有着相似的时间变化特征和不同的空间变化特征;(2)建立了黄土高原区域大气降水线方程δD=7.0δ18O+0.36‰;(3)黄土高原各站点降水同位素的温度效应和雨量效应表现出较为显著的空间特性;(4)黄土高原区在冬季风期间较夏季风期间风速大、湿度低且蒸发强烈。

吉林省大气降水氢氧同位素浓度场时空展布及环境效应

本文详细论述了吉林省大气降水氢氧稳定同位素和放射性同位素氚的浓度场时空展布规律，建立了氢氧同位素的环境效应模型，并简述其水文地质意义，为地下水起源、运移研究提供了新的科学研究方法与手段。

中国降水稳定同位素的分布特点及其影响因素

利用IAEA\WMO\GNIP的降水稳定同位素资料,分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明,整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异,内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异,显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素(δ和过量氘)的季节变化特征明显不同,表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系,发现ENSO与降水稳定同位素有显著的正相关,但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素(stable isotope in precipitation,SIP)的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点,指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响,北方非季风区温度效应起主要作用,交叉地带则两种效应都有影响。

天山乌鲁木齐河流域山区降水δ^(18)O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。

黄土高原岔巴沟流域降水氢氧同位素特征及水汽来源初探

降水是流域水循环中重要的输入因子，对其同位素组分的研究有助于确定流域水体间的水力联系，还可反映流域综合自然地理及气象气候信息；结合地表水、土壤水及地下水同位素组分变化，可以确定降水入渗及产汇流过程、地下水补给及更新能力，进而为完整的水循环机理研究提供依据。结合水文气象观测，本文分析了黄土高原典型丘陵沟壑区岔巴沟流域2004年-2005年月降水以及曹坪西沟实验流域次降水环境同位素组分雨量效应、高程效应、季节变化、δD与δ^18O间的关系等，并对不同时空尺度上大气降水线的变化规律进行分析，结果表明该地区不同年份及雨季前后，降水的水汽来源不同且经历蒸发过程差异较大；同时发现大气降水线中斜率与氘盈余之间存在良好的线性关系9．74×S—d=69．3，即虽然不同年份大气降水线存在差异，但两者存在相对稳定的线性关系，该关系可能与水汽来源之外的某种固定的综合自然地理特征有关，也为获得可靠的分析结果提供了参考。

西部降水氢氧稳定同位素温度及地理效应

本文基于IAEA和WMO建立的GNIP网降水资料,得出中国西部地区大气降水线方程(LMWL)为δ2H=7.56δ18O+5.05‰(VSMOW)。分析了降水中氢氧稳定同位素温度效应、地理效应,确定了降水中δ18O和δ2H与月平均气温、降水量、海拔高度、纬度的相关关系。根据张掖站降水δ18O与温度之间的相关关系和民勤地下水14C年龄和δ18O特征,初步重建了晚更新世以来民勤盆地地下水补给温度,并与惰性气体补给温度(NGT)进行了比较,其相关系数为0.65,晚更新世地下水的补给温度(据δ-T关系)较大,可能是没有考虑降水量效应的缘故。

蒋家沟流域雨季降水中氢氧同位素特征分析

通过分析蒋家沟流域2001—2009年内降雨资料,发现降雨频率服从幂指数分布,分析蒋家沟流域2010年雨季降水的氢氧同位素组成,得出当地大气降水线,其截距与我国大气降水线相比较小,这与研究区地处内陆干热河谷、蒸发作用强烈有关;降水中氘盈余7月中旬之前较大,均为正值,7月中旬到8月中旬由于空气湿度相对较高,氘盈余减小,8月中旬之后,随着空气湿度重新减小,d值增大;根据次降雨采集的降水样品分析,δ18 O显示出明显的降水量效应,即降水量较大的降水场次内δ18 O较小,在同一场降雨内,δ18 O也随着降雨时间的持续和降水量的增加而呈减小趋势;受山区降雨的随机性影响,蒋家沟流域内稳定同位素的高程效应较为反常,海拔越高的地方,δ18 O越大。

基于同位素技术径流分割研究进展

环境同位素是不受研究者控制的稳定同位素,在同位素径流分割当中需要使用到的同位素^(2)H和^(18)O,同时也会使用到水的其他性质,例如导电性、pH等,氢氧同位素可以有效地表明径流的来源,在进行径流分割之前,需要进行对当地水分的分析,确保同位素的时空均一。总结不同地区的学者在当地测定当地的大气降水线;氢氧同位素和相关的基本概念;二水源径流分割和多水源径流分割的意义、方法等得出以下结论:(1)在进行径流分割之前,需要进行对当地水分的分析,确保同位素的时空均一,否则可能出现某种水源的贡献率达到100%以上;(2)在多水源径流分割的情况下,需要制作三角混合图来确定数据的可靠性;(3)在以后的研究中,可以与GIS等遥感手段结合,这样可以提高径流分割的精度。