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长沙大气水线及与局地气象要素的关系

长江流域资源与环境 2014年第10期23卷 1412-1417页

作者：黄一民章新平孙葭衡阳师范学院资源环境与旅游管理系湖南衡阳421002 湖南师范大学资源与环境科学学院湖南长沙410081

基于2010年1月1日至2012年12月31日长沙降水事件同位素资料,计算了长沙不同季节的大气水线,同时结合广州降水事件同位素资料,分析了影响大气水线的局地因素。研究发现:(1)长沙全年大气水线为δD=8.57×δ18 O+18.55,它与我国东部季风区... 详细信息

基于2010年1月1日至2012年12月31日长沙降水事件同位素资料,计算了长沙不同季节的大气水线,同时结合广州降水事件同位素资料,分析了影响大气水线的局地因素。研究发现:(1)长沙全年大气水线为δD=8.57×δ18 O+18.55,它与我国东部季风区尤其是南方多地的大气水线非常接近。夏季大气水线很可能受西南季风和东南季风输送不同水汽的影响而斜率小于8;(2)与以前的研究结果不同,长沙、广州两地降水量与大气水线的关系均表明降水量与大气水线并不存在必然联系。气温、湿度对大气水线的影响也并非依照它们对分馏效应比的作用结果,这表明影响大气水线的因素是复杂的;(3)降雨、降雪的大气水线存在差异不能简单归因于降雨过程中同位素云下二次蒸发引起的同位素分馏比降雪明显,还需考虑液-汽、固-汽相变过程中,分别对应的凝结、凝华产生的分馏效应比差异。

关键词：长沙大气水线分馏效应比

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西北干旱区大气水线算法的比较

西北干旱区大气水线算法的比较

作者：靳晓刚西北师范大学

学位级别：硕士

δО和δD之间存在的线性关系,被称为大气水线方程。其表达式为δD=8δО+10。大气水线常受温度、降水量、水汽压和相对湿度的影响,表现为斜率和截距的差异。分析造成大气水线差异的原因,除受气象因素影响外,还与算法的选择密切相关。... 详细信息

δО和δD之间存在的线性关系,被称为大气水线方程。其表达式为δD=8δО+10。大气水线常受温度、降水量、水汽压和相对湿度的影响,表现为斜率和截距的差异。分析造成大气水线差异的原因,除受气象因素影响外,还与算法的选择密切相关。本文基于西北干旱区和田、乌鲁木齐、张掖三个站点的GNIP数据和阿勒泰、后峡、高山、野牛沟的降水同位素数据,用OLSR、RMA、MA、PWLSR、PWRMA和PWMA方法计算了7个站点的大气水线,对不同算法的大气水线进行了对比和分析,结合气象因素和地理环境特征,选出了西北干旱区大气水线计算的最佳方法。鉴于西北干旱区同位素站点稀少和分布不均匀的现状,引入ECHAM模拟数据参与计算和比较。结果表明:(1)算法RMA和MA的斜率相对于算法OLSR的斜率相差较小的是后峡,相差较大的是张掖。算法RMA和MA的截距相对于算法OLSR的截距相差较小的仍然是后峡,而相差较大的是乌鲁木齐。算法PWRMA的斜率相对于算法PWLSR的斜率相差较小的是高山,相差较大的是乌鲁木齐;算法PWMA的斜率相对于算法PWLSR的斜率相差较小的是高山而相差较大的是张掖。算法PWRMA和PWMA的截距相对于算法PWLSR的截距高山相差较小,乌鲁木齐相差较大。(2)算法PWLSR(PWMA)的斜率与算法OLSR(MA)的斜率相差较小的是高山,相差较大的是张掖;算法PWRMA的斜率与算法RMA的斜率相差较小的是高山,相差较大的是后峡。算法PWLSR(PWRMA)的截距与算法OLSR(RMA)的截距相差较小的是野牛沟,相差较大的是张掖;算法PWMA的截距与算法MA的截距相差较小的是野牛沟,相差较大的是乌鲁木齐。(3)从不同气象因子之间斜率和截距的变化情况来看,6种算法下大气水线的斜率和截距受温度的影响较大,其次是降水量的影响,相对湿度和水汽压的影响没有温度和降水量的明显。(4)比较不同算法ECHAM模拟数据计算的大气水线发现,未加权算法相对于OLSR算法和加权算法相对于PWLSR算法的斜率差和截距差,相差较小的是南疆亚区,相差较大的是北疆亚区,相差最大的是阿拉善河西亚区。加权算法和对应的未加权算法的斜率差和截距差在北疆亚区始终较小,而在南疆亚区和阿拉善河西亚区斜率差和截距差较大的地区并不固定,斜率差和截距差的较大值随算法的不同在南疆亚区和阿拉善河西亚区之间变化。(5)不同算法西北干旱区降水同位素数据和ECHAM模拟数据的大气水线对比显示,实测数据和模拟数据具有较好的一致性。北疆亚区ECHAM模拟数据的斜率和截距介于北疆地区的斜率和截距之间;而南疆亚区和阿拉善河西亚区ECHAM模拟数据的斜率和截距比南疆地区和阿拉善河西地区的斜率和截距大。(6)6种算法中,西北干旱区降水同位素数据和ECHAM模拟数据及天山地区降水同位素的rmSSEav在RMA和PWLSR算法中较小,仅从rm SSEav最小的角度出发,可选择RMA和PWLSR算法计算西北干旱区的大气水线。但西北干旱区气候干旱,降水稀少,对降水量不同的降水事件采用相应的权重,可以降低降水量偏小事件对计算大气水线的影响;故选择PWLSR算法计算大气水线效果最好。

关键词：西北干旱区大气水线算法比较

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不同算法下中国大气水线及其意义

安徽农业科学 2020年第9期48卷 1-7页

作者：刘雪媛陈粉丽周鑫西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730000

基于1961—2009年全球降水同位素网络(GNIP)监测站点同位素资料,运用最小二乘回归(OLSR)、简化主轴回归(RMA)、主轴回归(MA)、加权最小二乘回归(PWLSR)、加权简化主轴回归(PWRMA)和加权主轴回归(PWMA)6种方法计算了全国的大气水线方程,... 详细信息

基于1961—2009年全球降水同位素网络(GNIP)监测站点同位素资料,运用最小二乘回归(OLSR)、简化主轴回归(RMA)、主轴回归(MA)、加权最小二乘回归(PWLSR)、加权简化主轴回归(PWRMA)和加权主轴回归(PWMA)6种方法计算了全国的大气水线方程,结果发现,大气水线方程的斜率和截距都一致的表现为东部季风区最大、西北干旱区居中、青藏高原区最小;斜率在空间上表现出由北方到南方逐渐增大的趋势,而截距的变化较为复杂;全国共30个站点的未加权算法的斜率和截距表现为OLSR>RMA>MA,同样地,加权算法的斜率和截距也表现出RYYWSR>PWRMA>PWMA;在6种大气水线算法下,东部季风区的斜率和截距在未加权和加权的2种情况下均为最大,西北干旱区在加权的算法下最小,而青藏高原区在未加权的算法下最小;以连续性大降水事件为主的东部季风区各站点可以选择RMA、MA算法;而以小降水事件为代表的西北内陆干旱区可以选择PWMA或者PWRMA算法将更加合理。

关键词：大气水线计算方法斜率截距

青海湖沙柳河流域土壤水氢氧稳定同位素组成空间变化特征

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生态科学 2023年第4期42卷 82-91页

作者：李华非曹生奎季雨桐侯瑶芳杨羽帆青海师范大学地理科学学院/青海省自然地理与环境过程重点实验室西宁810008 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安7100061

土壤水氢氧同位素组成的空间变化特征,对于水循环以及不同水体之间相互关系的研究具有重要意义。以青海湖沙柳河流域为研究对象,基于该流域2018—2019年7、8月土壤水氢氧稳定同位素组成(δ^(2)H、δ^(18)O)数据,借助ARcGIS空间插值方法... 详细信息

土壤水氢氧同位素组成的空间变化特征,对于水循环以及不同水体之间相互关系的研究具有重要意义。以青海湖沙柳河流域为研究对象,基于该流域2018—2019年7、8月土壤水氢氧稳定同位素组成(δ^(2)H、δ^(18)O)数据,借助ARcGIS空间插值方法,对土壤水δ^(2)H和δ^(18)O空间变化特征进行了研究。结果表明:青海湖沙柳河流域2018—2019年7、8月土壤水δ^(2)H和δ^(18)O的变化范围为–126.53‰—–16.13‰和–16.48‰—–1.26‰。研究期内0—30 cm土壤水δ^(2)H和δ^(18)O平均值的土壤水线分别为:SWL_(2018.07 )(δ^(2)H=5.83δ^(18)O–8.36,R^(2)=0.93)、SWL_(2018.08 )(δ^(2)H=6.28δ^(18)O–8.35,R^(2)=0.93)、SWL_(2019.07 )(δ^(2)H=6.53δ^(18)O–5.70,R^(2)=0.94)、SWL_(2019.08 )(δ^(2)H=6.86δ^(18)O–1.37,R^(2)=0.92)。整体上SWL的斜率随深度的变化整体上呈现先增大后减小的趋势,截距则表现出随着深度增加逐渐增大的特点,2019年8月SWL的斜率表现为随着深度增加而逐渐减小,截距的变化差距不大。大气降水是土壤水的重要来源,蒸发富集作用导致不同深度SWL斜率小于局部大气降水线(LWML)斜率。空间分布上,青海湖沙柳河流域土壤水稳定氢氧同位素的海拔效应并不明显,但它还是受到了局地蒸发强度、地形地势、植被盖度等的影响,在流域面上呈现出斑块状分区。研究结果可为进一步研究流域水分循环,土壤水补给机制等提供数据支撑和理论参考。

关键词：青海湖流域氢氧稳定同位素大气水线土壤水空间分布特征

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长江下游地区季风、非季风期同位素效应探究

水电能源科学 2022年第9期40卷 10-13页

作者：马世进瞿思敏勾建峰石朋白玉李士军张焱水发规划设计有限公司司山东济南250100 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 泗洪县水利局江苏宿迁223900 宁波市水利水电规划设计研究院有限公司浙江宁波315192

基于长江下游山区小流域2017年10月~2020年5月的日降水同位素数据及当地气象参数(温度、降水量、相对湿度),建立了当地大气水线δ^(2)H=7.77δ^(18)O+7.02,其斜率和截距均低于全球大气水线斜率和截距。季风期,降水δ^(18)O与降水量存在... 详细信息

基于长江下游山区小流域2017年10月~2020年5月的日降水同位素数据及当地气象参数(温度、降水量、相对湿度),建立了当地大气水线δ^(2)H=7.77δ^(18)O+7.02,其斜率和截距均低于全球大气水线斜率和截距。季风期,降水δ^(18)O与降水量存在明显的负相关关系,降水δ^(18)O与温度并无显著的相关性,可能是“降水量效应”掩盖了“温度效应”。在非季风期降水量和降水δ^(18)O负相关的相关系数较低,降水δ^(18)O与温度存在明显的正相关。非季风期中,大的降水事件中(P>30 mm),降水的δ^(18)O离散程度低,原因可能是有相似的水汽源区且云下蒸发作用小。同时发现在季风期,云下蒸发作用显著改变了降水同位素的相对丰度,而在非季风期,云下蒸发作用很小。

关键词：降水同位素温度效应雨量效应大气水线

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昆明露水同位素与水循环的过程研究

昆明露水同位素与水循环的过程研究

作者：罗晨云南大学

学位级别：硕士

露水是附生植物和地衣的重要水分来源,具有吸收大气水分的特殊物理特征。在干旱区和半干旱地区露水凝结量可以达到甚至超过年降雨量,是维持干旱和半干旱环境中植物和小动物生存的可持续和稳定的水源。此外,露水已被认为是干旱和半干旱... 详细信息

露水是附生植物和地衣的重要水分来源,具有吸收大气水分的特殊物理特征。在干旱区和半干旱地区露水凝结量可以达到甚至超过年降雨量,是维持干旱和半干旱环境中植物和小动物生存的可持续和稳定的水源。此外,露水已被认为是干旱和半干旱地区水循环的重要环节。在水循环中,当水分子发生相变时,水中氢氧元素的重同位素含量经常发生变化,经历所谓的同位素分馏。氢氧同位素作为水分子的一部分,可用于水体的标记。且已被证明是研究水文循环的有效示踪物,如水的补给、蒸发、降水、土壤水分运动和水汽运输过程。通过对露水同位素进行一定研究有助于我们对水循环过程有更深入的了解。本研究以云南省昆明市呈贡区为研究区域,通过在区域内进行露水,大气水汽以及大气降水等水体的连续取样监测,分析了昆明地区露水,水汽和降水的稳定同位素特征并探讨这三种水体与相关气象因子的关系;利用同位素的平衡分馏公式以及气象资料,建立了露水的分馏模型;讨论了持续性降水中的不同水汽源并分析了主要水汽的来源路径特征等,目前初步得出以下结论(本研究主要分为三个时间段,分别是2020-2021年冬季、2021年夏半年以及2021-2022年冬季):(1)相较于2021-2022年冬季的露水(δO变化范围为-12.3‰～-0.01‰,平均值为-6.44‰),2020-2021年冬季的露水同位素值(δO变化范围为-13.32‰～-2.86‰,平均值为-9.69‰)更偏负;而三个时间段的水汽同位素值相差不大(三个阶段的水汽δO平均值分别为-16.74‰、-16.9‰、-17.89‰);但降水同位素值的差异相对较大,在雨季也就是2021年夏半年降水同位素值更加偏正。(2)昆明地区全年的大气水线为δD=8.19δO+12.36(r=0.99,n=109),这与Craig所提出的全球大气水线相差不大,只是截距略高于全球大气水线,表面昆明地区的降水的水汽主要是由西南季风输送的印度洋水汽组成。大气水汽线方程为δD=7.98δO+16.17(r=0.98,n=407),其斜率小于8,但截距大于10,反映了循环水汽的局部影响,且对比表明大气水汽线的季节性变化与大气水线有一定的相似性。温度、降水量和相对湿度对它们有不同的影响:温度越高,降水越多,近地层水汽含量越高,大气水汽线斜率越大。(3)利用平衡分馏公式以及部分气象数据,我们建立了露水与水汽的平衡分馏模型,通过此模型发现2020-2021年冬季实际形成的露水的同位素值比理论测出的露水同位素值低,δO偏差在3～5‰之间;而在2021-2022年冬季此偏差缩小至1‰,说明不同下垫面的露水同位素差异较大。通过在2021年夏半年做的人工凝结水实验发现,露水在自然凝结过程中可能会发生类似的动力学分馏。这表明,当产生过饱和条件时,动力学分馏也可能参与其他各种自然冷凝过程。(4)在2021年夏半年,大气降水同位素表现出明显的温度效应,而水汽同位素和露水同位素与绝对湿度一直存在显著的负相关关系,在2021-2022年冬季露水同位素与温度也表现出明显的负相关关系。(5)在2021年6月6～12日、7月17～25日、7月27～30日、8月14～19日这4个发生持续性降水的时间段中,利用HYSPLIT模型分别追踪了了其不同的水汽来源、研究了这几个时间段的同位素特征,发现水汽大部分水汽是来自于贵州,广西以及中南半岛。在连续两天的降雨事件中,降水同位素与降雨量并不一定存在“降雨量效应”,在雨季尤为明显。这是由于在持续的降雨事件中,降水贫化引起的分馏作用会致使降水过程中的重同位素不断发生贫化。

关键词：稳定同位素露水大气水汽大气降水大气水线

滇南蒙自地区降水稳定同位素特征及其水汽来源

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环境科学 2016年第4期37卷 1313-1320页

作者：李广章新平许有鹏宋松王跃峰季晓敏项捷杨洁南京大学地理与海洋科学学院南京210023 湖南师范大学资源与环境科学学院长沙410081

大气降水中δD、δ^(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研... 详细信息

大气降水中δD、δ^(18)O值具有规律性变化特征,与诸多气象要素及水汽来源之间存在密切联系.根据2009年1月至2011年12月对滇南蒙自地区大气降水的连续性采样,结合欧洲中期数值预报中心(ECMWF)以及美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料,并利用HYSPLIT_4.8后向轨迹追踪模型,分析了天气尺度下蒙自地区大气降水中δD、δ^(18)O的变化特征,探究了降水稳定同位素与温度、降水量、风速及水汽来源之间的关系.结果表明,蒙自地区降水中δD、δ^(18)O值表现出明显的季节变化,即干季偏高,湿季偏低;降水中δ^(18)O与温度、降水量之间存在显著负相关,但与不同气压层(300、500、700、800 h Pa)风速之间呈现出显著正相关,表明风速也是影响降水中δ^(18)O变化的一个重要因素;随着降雨等级的增加,其大气水线的斜率与截距也增大,说明降水稳定同位素存在一定程度的云底二次蒸发效应;水汽输送轨迹显示,干季降水的水汽主要来自于西风带输送及局地再蒸发水汽,而湿季降水的水汽主要来源于远源海洋水汽的输送,并且在受台风影响期间,降水中δD、δ^(18)O值更加偏负.

关键词：大气降水稳定同位素大气水线二次蒸发水汽来源蒙自地区

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我国降水中δ^(18)O的分布特点

地理学报 1998年第4期53卷 356-364页

作者：章新平姚檀栋湖南师范大学资源与环境学系中国科学院兰州冰川冻土研究所

根据实测资料计算，我国东南部地区以及西北地区的大气降水中δ１８Ｏ较高，东北和青藏高原南部的δ１８Ｏ则较低。在我国，温度效应主要出现在中高纬度大陆内部，降水量效应则主要分布在东南沿海、云贵高原和青藏高原。这些地区明显受... 详细信息

根据实测资料计算，我国东南部地区以及西北地区的大气降水中δ１８Ｏ较高，东北和青藏高原南部的δ１８Ｏ则较低。在我国，温度效应主要出现在中高纬度大陆内部，降水量效应则主要分布在东南沿海、云贵高原和青藏高原。这些地区明显受季风气候的影响。不同地区的大气水线存在一定的差异，它们与水汽在源地的蒸发以及水汽凝结致雨两个过程的稳定同位素分馏密切相关。

关键词： δ^18O分布温度效应降水量大气水线降水

印度河上游Bagrot山谷降水稳定同位素变化及与水汽来源的关系

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干旱区地理 2019年第2期42卷 252-262页

作者：王邺凡余武生张寅生张腾高海峰 MUHAMMAD Atif Wazir 中国科学院青藏高原研究所青藏高原环境变化与地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京10049 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101 巴基斯坦气象局巴基斯坦伊斯兰堡44000

利用2015年8月—2016年7月在印度河上游流域Bagrot山谷降水稳定同位素(δ^(18)O和δD)观测结果以及当地气象资料,利用同位素示踪及统计分析方法,并结合HYSPLIT模型,对研究区降水稳定同位素变化特征、大气水线以及水汽来源进行了分析。... 详细信息

利用2015年8月—2016年7月在印度河上游流域Bagrot山谷降水稳定同位素(δ^(18)O和δD)观测结果以及当地气象资料,利用同位素示踪及统计分析方法,并结合HYSPLIT模型,对研究区降水稳定同位素变化特征、大气水线以及水汽来源进行了分析。结果表明:观测期间Bagrot山谷降水稳定同位素的季节变化明显,δ^(18)O与δD秋冬季偏低,春夏季偏高,且与气温变化一致,存在显著的温度效应,而降水量效应不明显。而且发现研究区局地大气水线截距和斜率均低于全球的,反映了降水过程中云下二次蒸发作用较为强烈,因此,不同的降水形态导致该研究区局地大气水线的斜率和截距不同。当液态降水(降雨)发生时,由于在较为干旱的气候环境下,雨滴在降落的过程中受到二次蒸发相对较强,使得局地大气水线的斜率和截距偏低;而当固态降水(降雪)发生时,由于温度较低,受再循环水汽和二次蒸发的影响较小,导致局地大气水线的斜率和截距均偏高。Bagrot山谷及其周边地区,从南到北局地大气水线的斜率相差不大,而其截距总体上随着纬度升高而降低,可能与云下二次蒸发导致稳定同位素发生的不平衡分馏逐渐强烈有关。通过Bagrot山谷站点降水稳定同位素观测结果并结合HYSPLIT模型的后向追踪,研究还发现,研究区全年主要受西风环流以及局地环流的影响。但与研究区以北的临近站点(慕士塔格、和田等)相比有所不同,由于Bagrot山谷位置更靠南,其仍然偶尔受到来自南方的海洋性水汽影响。这一研究结果可能对该地区树轮稳定同位素记录的解译具有一定的指示意义。

关键词：印度河上游降水稳定同位素大气水线水汽来源