兰州市中尺度对流系统降水的氢氧稳定同位素研究
这是一篇关于氢氧稳定同位素,中尺度对流系统,降水类型,连续采样,兰州市的论文, 主要内容为中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)是夏季重要的降水天气系统,其特点是空间有限的对流前缘和范围更广的层状降水的结合。研究中尺度对流系统不同降水阶段稳定同位素的变化有助于了解与降水类型变化有关的云的短期动态变化。兰州市位于西北地区东部,降水集中在夏季,MCS是造成春末及夏季降水的直接天气系统,有时甚至会引发洪涝灾害。为了解中尺度对流系统中降水稳定同位素的变化特征及影响因素,本研究利用2019—2022年在兰州市收集的事件内连续降水样品,结合卫星云图和雷达图像识别MCS并划分降水类型,对比MCS降水与非MCS降水同位素的差异,分析了MCS降水事件内降水同位素的变化趋势及影响因素,结果表明:(1)经统计,2019—2022年MCS的发生次数分别为13、15、12、11次,平均为12.8次/年,多为中α尺度对流系统(MαCS),形状主要呈带状和块状,移动路径大多自西向东。从时间分布看,6～8月为MCS频发期,且多发生于午后、傍晚。从降水特征看,MCS降水具有总降水量大、持续时间短、降水强度大的特征。(2)收集的118场单次降水中,有51场受到MCS影响。与非MCS降水相比,MCS降水的δ18O和δ2H比同期非MCS降水的更加富集且变异程度更强;大气水线(Meteoric Water Line,MWL)的斜率和截距更加接近全球大气水线(Global Meteoric Water Line,GMWL)的斜率和截距,说明MCS降水的蒸发程度更小。(3)单次MCS降水同位素初始值的变化(范围-10.78‰～9.48‰)大于事件内变化(范围1.18‰～13.00‰),且与最低值、平均值成正相关,表明初始值对整场降水同位素值的影响巨大。降水δ值在降水事件的开始和结束时往往较高,最低值出现在对流区或者对流与层状的过渡带,大多呈“V”型(经历单个对流体)或“W”型(经历两个及以上对流体)。将降水同位素按照不同降水阶段划分为对流和层状,总结其变化趋势的共同特征:对流阶段时δ18O呈减小趋势,层状阶段的变化较为平缓或者略有上升。(4)MCS以典型的对流降水和层状降水为特征,在不同的阶段,影响降水同位素的因素不同:层状降水d-excess与降水量的关系较弱,而在对流阶段,d-excess与降水量的关系较强。此外,层状降水大气水线的斜率和截距小于对流降水且δ18O与d-excess的负相关关系更加显著,表明层状降水比对流降水经历了更大程度的蒸发。大多数降水δ值的事件内变化较小,67%的δ值低于5‰。δ18O最低值和δ18O平均值与δ18O初始值的相关性显著高于Δδ,且δ18O与降水发生前14天的平均射出长波辐射(Outgoing Longwave Radiation,OLR)呈显著负相关,说明降水之前的累积对流活动对δ值的控制作用大于现场对流活动对δ值的控制作用。
基于环境同位素的锦绣川流域水循环规律研究
这是一篇关于锦绣川流域,氢氧稳定同位素,水循环,同位素标记,示踪的论文, 主要内容为随着现代化进程的加快，人们对水资源的需求更加迫切，同时对水资源利用中所面临的问题也更加关注。本文选取暖温带半干旱半湿润季风气候区，具有典型代表性的锦绣川流域进行水循环规律的研究。于2011年7月至2012年7月采集锦绣川流域降水、土壤水、地下水和河流水体样品数据，利用同位素标记不同水体的方法，对流域内氢氧稳定同位素进行测试与分析，探讨研究区内大气降水、河流、土壤水和地下水体的转化关系及转换比例，以期为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。 (1)大气降水是水循环的一个重要环节，通过研究锦绣川流域内大气降水中环境同位素氢氧的特征，确定大气降水中同位素的值随时间、温度、降水量的相关关系。同位素值随季节变化的整体规律为夏季偏高、冬季偏低，与温度呈正相关关系，与降水量呈负相关系；进行降水云团同位素的标记，确定锦绣川流域内在季节尺度上受不同降水气团的控制机制。利用氢氧稳定同位素来研究大气降水的时空变化规律具有优越性，且研究成果可与传统的研究方法进行比对。 (2)通过研究锦绣川流域大气降水中氢氧稳定同位素的关系，确定该流域内的大气降水线方程为δD=7.16δ18O+4.35‰，R2=0.92，对于研究大气降水在济南市南部山区的变化规律及暖温带大陆性气候的内陆地区的水循环显得尤为重要。 (3)通过研究锦绣川流域内不同水体氘盈余(d)的分布规律，可知，大气降水d值的变化规律为夏季较小，低于全球大气降水线截距的10‰；冬季较大，d值高于全球大气降水线的截距。这主要是由于流域夏季和冬季受不同降水气团的影响：夏季主要由来自海洋的变性暖湿气流控制，d值逐渐减小；冬季由变性极地大陆气团控制，d值逐渐增加。河水、土壤水和泉水d值变化规律较小，整体变化幅度不大，且季节差异不明显，表明河水、土壤水、地下水的补给源差异较小。通过分析不同水体氘盈余值差别的原因，确定锦绣川流域内不同水体的补给来源，对于探查流域内水循环过程具有十分重要的意义。 (4)利用同位素标记技术，即不同水体中同位素组分不同，并结合同位素混合比公式，确定锦绣川流域内大气降水转化为河水、土壤水和地下水的比率分别为43.76%、21.91%、6.84%，其余27.49%的大气降水受蒸发和植物截留的影响而损耗掉。地下水转化为河水的比率是28.75%，河水蒸发返回大气水的比率为29%，初步确定锦绣川流域水循环过程中不同水体的转化关系及转化率。同时利用工业盐示踪技术，验证流域内水循环过程中大气降水对地表水、地下水、土壤水的转化关系这一环节，结果表明利用同位素标记技术研究的水循环过程符合客观实际。利用氢氧稳定同位素研究流域水循环过程，为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。
基于环境同位素的锦绣川流域水循环规律研究
这是一篇关于锦绣川流域,氢氧稳定同位素,水循环,同位素标记,示踪的论文, 主要内容为随着现代化进程的加快，人们对水资源的需求更加迫切，同时对水资源利用中所面临的问题也更加关注。本文选取暖温带半干旱半湿润季风气候区，具有典型代表性的锦绣川流域进行水循环规律的研究。于2011年7月至2012年7月采集锦绣川流域降水、土壤水、地下水和河流水体样品数据，利用同位素标记不同水体的方法，对流域内氢氧稳定同位素进行测试与分析，探讨研究区内大气降水、河流、土壤水和地下水体的转化关系及转换比例，以期为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。 (1)大气降水是水循环的一个重要环节，通过研究锦绣川流域内大气降水中环境同位素氢氧的特征，确定大气降水中同位素的值随时间、温度、降水量的相关关系。同位素值随季节变化的整体规律为夏季偏高、冬季偏低，与温度呈正相关关系，与降水量呈负相关系；进行降水云团同位素的标记，确定锦绣川流域内在季节尺度上受不同降水气团的控制机制。利用氢氧稳定同位素来研究大气降水的时空变化规律具有优越性，且研究成果可与传统的研究方法进行比对。 (2)通过研究锦绣川流域大气降水中氢氧稳定同位素的关系，确定该流域内的大气降水线方程为δD=7.16δ18O+4.35‰，R2=0.92，对于研究大气降水在济南市南部山区的变化规律及暖温带大陆性气候的内陆地区的水循环显得尤为重要。 (3)通过研究锦绣川流域内不同水体氘盈余(d)的分布规律，可知，大气降水d值的变化规律为夏季较小，低于全球大气降水线截距的10‰；冬季较大，d值高于全球大气降水线的截距。这主要是由于流域夏季和冬季受不同降水气团的影响：夏季主要由来自海洋的变性暖湿气流控制，d值逐渐减小；冬季由变性极地大陆气团控制，d值逐渐增加。河水、土壤水和泉水d值变化规律较小，整体变化幅度不大，且季节差异不明显，表明河水、土壤水、地下水的补给源差异较小。通过分析不同水体氘盈余值差别的原因，确定锦绣川流域内不同水体的补给来源，对于探查流域内水循环过程具有十分重要的意义。 (4)利用同位素标记技术，即不同水体中同位素组分不同，并结合同位素混合比公式，确定锦绣川流域内大气降水转化为河水、土壤水和地下水的比率分别为43.76%、21.91%、6.84%，其余27.49%的大气降水受蒸发和植物截留的影响而损耗掉。地下水转化为河水的比率是28.75%，河水蒸发返回大气水的比率为29%，初步确定锦绣川流域水循环过程中不同水体的转化关系及转化率。同时利用工业盐示踪技术，验证流域内水循环过程中大气降水对地表水、地下水、土壤水的转化关系这一环节，结果表明利用同位素标记技术研究的水循环过程符合客观实际。利用氢氧稳定同位素研究流域水循环过程，为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。
基于环境同位素的锦绣川流域水循环规律研究
这是一篇关于锦绣川流域,氢氧稳定同位素,水循环,同位素标记,示踪的论文, 主要内容为随着现代化进程的加快，人们对水资源的需求更加迫切，同时对水资源利用中所面临的问题也更加关注。本文选取暖温带半干旱半湿润季风气候区，具有典型代表性的锦绣川流域进行水循环规律的研究。于2011年7月至2012年7月采集锦绣川流域降水、土壤水、地下水和河流水体样品数据，利用同位素标记不同水体的方法，对流域内氢氧稳定同位素进行测试与分析，探讨研究区内大气降水、河流、土壤水和地下水体的转化关系及转换比例，以期为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。 (1)大气降水是水循环的一个重要环节，通过研究锦绣川流域内大气降水中环境同位素氢氧的特征，确定大气降水中同位素的值随时间、温度、降水量的相关关系。同位素值随季节变化的整体规律为夏季偏高、冬季偏低，与温度呈正相关关系，与降水量呈负相关系；进行降水云团同位素的标记，确定锦绣川流域内在季节尺度上受不同降水气团的控制机制。利用氢氧稳定同位素来研究大气降水的时空变化规律具有优越性，且研究成果可与传统的研究方法进行比对。 (2)通过研究锦绣川流域大气降水中氢氧稳定同位素的关系，确定该流域内的大气降水线方程为δD=7.16δ18O+4.35‰，R2=0.92，对于研究大气降水在济南市南部山区的变化规律及暖温带大陆性气候的内陆地区的水循环显得尤为重要。 (3)通过研究锦绣川流域内不同水体氘盈余(d)的分布规律，可知，大气降水d值的变化规律为夏季较小，低于全球大气降水线截距的10‰；冬季较大，d值高于全球大气降水线的截距。这主要是由于流域夏季和冬季受不同降水气团的影响：夏季主要由来自海洋的变性暖湿气流控制，d值逐渐减小；冬季由变性极地大陆气团控制，d值逐渐增加。河水、土壤水和泉水d值变化规律较小，整体变化幅度不大，且季节差异不明显，表明河水、土壤水、地下水的补给源差异较小。通过分析不同水体氘盈余值差别的原因，确定锦绣川流域内不同水体的补给来源，对于探查流域内水循环过程具有十分重要的意义。 (4)利用同位素标记技术，即不同水体中同位素组分不同，并结合同位素混合比公式，确定锦绣川流域内大气降水转化为河水、土壤水和地下水的比率分别为43.76%、21.91%、6.84%，其余27.49%的大气降水受蒸发和植物截留的影响而损耗掉。地下水转化为河水的比率是28.75%，河水蒸发返回大气水的比率为29%，初步确定锦绣川流域水循环过程中不同水体的转化关系及转化率。同时利用工业盐示踪技术，验证流域内水循环过程中大气降水对地表水、地下水、土壤水的转化关系这一环节，结果表明利用同位素标记技术研究的水循环过程符合客观实际。利用氢氧稳定同位素研究流域水循环过程，为研究区内建立生态水文模型提供基础数据，为水资源可持续管理提供技术支撑。
青藏高原东北部大气降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源研究
这是一篇关于大气降水,氢氧稳定同位素,水汽来源,青藏高原东北部的论文, 主要内容为水体中的氢氧稳定同位素是揭示水循环过程的理想示踪剂,对阐明区域气候变化及可持续发展具有重要指示意义。青藏高原东北部受高原天气系统与西风带天气系统的相互作用,形成了典型的气候过渡带,其水汽来源复杂,对气候变化的响应极为敏感。系统开展全球变化背景下青藏高原东北部大气降水氢氧稳定同位素特征及水汽来源研究,对揭示区域降水时空分布格局、促进水资源可持续利用与管理具有重要意义。本研究基于刚察气象站点2012～2021年间采集的980个大气降水(δ2H和δ18O)样品,应用同位素示踪技术与HYSPLIT模型,揭示了青藏高原东北部大气降水氢氧稳定同位素变化特征及水汽来源,并探讨了研究区大气降水氘盈余(d)特征和同位素地理效应。在此基础上分析了典型持续降水事件中同位素变化规律及水汽输送过程,分类探讨了强降水事件和弱降水事件中的同位素特征、大气降水线及水汽来源。主要结论如下:(1)青藏高原东北部大气降水δ2H和δ18O的范围分别为-222.63‰～48.96‰和-30.54‰～9.70‰,平均值分别为-39.19‰和-6.17‰。在季节变化上,表现为夏秋季节富集且波动显著,冬春季节贫化,最小值出现在冬季。当地大气降水线及各季节大气降水线方程的斜率与截距均低于全球大气降水线,降水过程受到二次蒸发的显著影响。d平均值为10.15‰,表现为夏秋季节较高,冬春季节较低。研究区大气降水氢氧稳定同位素在全年尺度上存在显著的温度效应和降水量效应,在季节尺度上表现为春季温度效应显著、夏季降水量效应显著、秋季温度和降水量效应均显著,而冬季由于样本量较少,未通过显著性检验。(2)青藏高原东北部水汽来源常年以西风水汽为主导,合计占比66%(包括西北部水汽占37%、近源西风水汽占25%、远源西风水汽占4%),东部季风水汽和局地再循环水汽占18%,西南季风水汽占16%。在季节尺度上,春季水汽来源路径相对较单一,以西风水汽为主;夏季水汽来源路径相对复杂,以近源西风水汽、局地再循环水汽和东南季风水汽为主;秋季西风水汽合计占比下降,北部水汽和西南季风水汽对其影响增强。冬季降水发生次数较少,主要受控于西风携带的大陆性气团和极少数来源于印度洋的海洋性气团。基于水汽来源后向轨迹与同位素特征得出,季风降水δ2H和δ18O变化范围较小,平均值较低;西风降水δ2H和δ18O的变化范围较大,同位素平均值高于季风降水;北部降水和局地降水δ2H和δ18O的变化范围均较小,而平均值较大。(3)2019年8月22～27日的典型持续降水过程中,δ2H和δ18O先贫化后富集,温度先升高后降低,相对湿度持续下降,d值呈波动变化趋势。大气降水线的斜率和截距均较高,持续降水过程中二次蒸发效应不显著。根据水汽来源后向轨迹将此次持续降水过程分为三个阶段(初期、中期、末期),其中降水的初期和末期主要受大陆性气团的影响,而在降水量逐增的中期则主要受控于海洋性气团且符合瑞利分馏模型。(4)强降水事件(78次)大气降水线方程为δ2H=7.83δ18O+14.39,d平均值高达15.76‰,二次蒸发效应对强降水事件氢氧稳定同位素的影响作用较弱。强降水事件后向轨迹聚类分析结果显示,北部水汽占比最高(56%),近源西风水汽合计占比27%,西南季风水汽合计占比11%,而远源西风水汽合计占比最低(7%)。弱降水事件(773次)大气降水线方程为δ2H=7.44δ18O+5.69,d平均值低至8.89‰,弱降水事件发生时更容易受到云下二次蒸发的影响。弱降水事件后向轨迹聚类分析结果显示,北部水汽合计占比高达50%,近源西风水汽合计占比28%,西南季风水汽合计占比15%,远源西风水汽合计占比仅为7%。西风水汽和局地水汽带来的降水量所占比例合计超过75%。弱降水事件中δ2H和δ18O变化范围普遍大于强降水事件,d平均值低于10%,表明弱降水过程的水汽来源以西风和局地水汽为主,受季风影响较弱。除东南季风水汽来源于海洋性气团,其他四种水汽主要来源于大陆性气团且输送路径为陆地上空,携带水汽量均较小。
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