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黑河流域大气降水稳定同位素变化及模拟

刘玉明 | -> | 611| 0| 0.753291MB |稳定同位素,大气降水,温度效应,降水量效应,模拟,内陆河流域

刘玉明 刘玉明 | 文档量 |浏览量13702

摘要: 利用2002 ~ 2004 年黑河流域6 个采样点上的301 个降水数据,对黑河流域大气降水中δD 和δ18 O 的变化进行了分析.结果表明,流域降水δ18O 和δD 的变化范围分别为6. 5‰ ~ - 33. 4‰和59‰ ~ - 254‰,这主要是由于降水水汽来源不同和气象条件特别是气温和降水量的较大变化使得降水形成的凝结机制发生变化引起;降水中同位素的变化和气温之间呈现出非常明显的正相关关系,即温度效应明显;在月时间尺度上,降水量效应是不存在的,但在降水事件尺度上,存在降水量效应;δ18O加权平均值随着采样点海拔高度增加而降低,呈现出较好的高度效应,效应梯度为- 0. 47‰ /100 m;区域大气降水线(RMWL) 为δD = 7. 82 δ18O + 7. 63,其斜率和截距与中国北方地区接近;后向轨迹法追踪黑河流域水汽来源结果表明,冷季(10 ~ 次年3 月) 水汽主要来源于西风带而暖季(4 ~ 9 月) 的水汽来源复杂;模拟显示,δ18O 随时间呈现明显的正弦趋势.
   D 和18O 作为天然示踪剂在现代降水中的变化一直是水文学、水文气象学、环境化学等学科的研究范围之一[1 ~ 6]. 水文学与环境同位素方法和技术的结合,对于研究水循环过程以及同位素水文都是非常有价值的手段[3,7]. 在干旱地区,降水中稳定同位素含量的区域分布不仅是同位素水文系统的输入数据,也是描述气团大气环流模式和大陆水分循环的重要依据[7]. 目前同位素技术在干旱和半干旱流域的流域水文学方面的应用已经体现在一些研究中[8 ~ 18].
    黑河是我国第二大内陆河,在干旱区具有一定的代表性. 1986 ~ 2001 年期间,国际原子能机构( IAEA) 在张掖(38. 93 N,100. 43°E,海拔1483 m)收集并测定了降水同位素样品. 结果显示,δ18 O 和δD 的加权平均值分别为- 6. 3‰和- 43. 2‰,利用最小二乘法得到当地大气降水线( LMWL) 为δD =7. 5 δ18O + 2. 7[19]. Zhou 等[20]研究了祁连山区2002年夏天每一次降水的同位素组成,追踪了降水的水汽输送过程,结果表明,大部分降水事件的水汽来自
东南季风区或南亚季风区. 张应华等对黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度关系[21]、黑河流域大气降水水汽来源[22]进行了相应的研究和分析,结果表明,黑河流域中上游地区降水中氢氧同位素与温度具有很好的正相关关系,黑河流域春夏季降水主要受海洋性水汽来源影响,秋冬季降水受大陆性局地水汽来源影响.
    干旱半干旱地区的降水同位素数据有限,特别是对这类地区流域尺度上大气降水稳定同位素
的研究相对较少. 因此,本研究利用2002 年10 月~ 2004 年9 月在黑河流域6 个采样点上的301 对降水同位素数据,对黑河流域δD 和δ18O 的变化进行了分析. 由于降水中δD 与δ18 O 随气温、降水量、海拔高度以及时间的变化规律基本一致,本研究的分析以δ18 O 为主. 通过分析掌握整个黑河流域降水同位素的时空变化和模拟降水同位素比率随时间的变化,以期为掌握区域水文循环、建立同位素水文模型或同位素在其它模型中的应用奠定基础.
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