珠穆朗玛峰高海拔地区水体中氢氧同位素的地球化学特征

⾯向对象的极⾼海拔区⽔体及冰川信息提取——以珠穆朗玛峰国家级
⾯向对象的极⾼海拔区⽔体及冰川信息提取——以珠穆朗玛峰国家级⾃然保护区核⼼区为例
张继平;刘林⼭;张镱锂;聂勇;张学儒;张琴琴
【期刊名称】《地球信息科学学报》
【年(卷),期】2010(012)004
【摘要】极⾼海拔地区多为河流发源、冰川发育地,由于地形起伏强烈,且野外考察验证⼯作困难,传统的遥感信息提取⽅法很难保证该地区⽔体及冰川的提取精度.本⽂基于ASTER影像,运⽤⾯向对象的图像信息⾃动分析⽅法,对珠穆朗玛峰国家级⾃然保护区核⼼区的⽔体及冰川信息进⾏了提取研究.为保证信息提取的准确度,将数字⾼程模型(DEM)及其衍⽣数据(坡度、坡向),归⼀化植被指数(NDVI)数据,及有助于区分⽔体、冰川与其他地物的相关指数(冰雪指数NDSⅡ)及波段运算结果(b1-b3)、(b3/b4)等,分别作为⼀个波段叠加到原始图像中,使之成为对⽬标地物光谱特征的有益补充.并对不同类型的⽔体及冰川进⾏多级、多尺度分割,以满⾜其对分割尺度的不同要求.分割完成后,综合考虑⽬标地物的光谱特征、纹理特征、空间结构特征,根据各特征指数的直⽅图信息,设定合适的阈值,建⽴了各⽔体及冰川类型信息提取的知识规则,并结合实地调查对信息提取的精度进⾏验证,改进了ASTER遥感影像⾃动快速提取极⾼海拔区⽔体及冰川信息的实⽤模型.
【总页数】7页(517-523)
【关键词】⾯向对象;⽔体;冰川;信息提取;珠穆朗玛峰国家级⾃然保护区
【作者】张继平;刘林⼭;张镱锂;聂勇;张学儒;张琴琴
【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院研究。

中国西北部高山区多标准降水稳定同位素的时空变化成因分析一、引言降水是地球气候系统中最重要的组成部分之一，对于维持生态系统的健康和人类社会的可持续进步至关重要。

稳定同位素是衡量降水中水氢（δD）和氧（δ18O）同位素比例的常用工具。

探究降水中稳定同位素的变化对熟识气候系统和水循环过程有着重要的意义。

中国西北部高山区是亚洲东部季风区与西部干旱区交汇的地带，受到青藏高原隆起和河西走廊的影响，降水空间分布复杂多样。

其中，多标准降水稳定同位素的时空变化成因一直是探究的热点之一。

二、中国西北部高山区气候特征中国西北部高山区的气候特征主要受到高原和干旱的影响，呈现出明显的山地气候和干旱气候。

这一区域的气候多样性是其多标准降水稳定同位素变化的重要因素之一。

1. 高原因素青藏高原的隆起使得中国西北部高山区地势复杂多样，气候环境多变。

高山地势导致微观气象条件的差异，影响降水量和降水稳定同位素的空间分布。

高山地势的阻挡作用使得降水量和稳定同位素的变化具有明显的空间差异性。

2. 干旱因素中国西北部高山区位于干旱区域，受到干旱气候的影响较大。

降水量的分布不匀称性也是降水稳定同位素变化的重要因素之一。

干旱气候使得降水量较少，降水稳定同位素的浓度较高。

三、多标准降水稳定同位素的时空变化成因分析多标准降水稳定同位素的时空变化成因分析可以从以下几个方面进行探究。

1. 季节性变化中国西北部高山区的季风气候使得降水量和稳定同位素的季节性变化显著。

在夏季，受到东亚季风的影响，该地区的降水量和稳定同位素呈现出明显的增加趋势。

而冬季，受到西风和干旱气候的影响，降水量和稳定同位素则呈现出缩减的趋势。

2. 高山地势的影响中国西北部高山区地势复杂多样，高山地势对降水的分布具有重要影响。

高山地势使得当地的降水稳定同位素的空间差异性明显。

垂直方向上，随着海拔的提高，降水量和稳定同位素的变化也不同。

3. 大气环流系统的影响中国西北部高山区受到青藏高原、喀喇昆仑山和天山的综合影响，大气环流系统对降水稳定同位素的变化具有重要作用。

珠穆朗玛峰北坡绒布冰川区水体的化学特征
秦翔;秦大河;皇翠兰;王晓香
【期刊名称】《环境科学》
【年(卷),期】1999(20)1
【摘要】１９９７－０５在珠峰地区绒布冰川采集的４类水样（表层雪、湖水、河水和泉水）的实测资料表明，本区各类水体都呈碱性，ｐＨ值的大小顺序为：湖水＞河水＞表层雪．河水和湖水的阴离子以ＳＯ２－４为最大，而表层雪样品以Ｃｌ－最大；阳离子含量基本上以Ｃａ２＋为主．ＳＯ２－４、Ｃａ２＋、Ｆ－、Ｍｇ２＋和ｐＨ值都与矿化度有较好的相关关系，随矿化度升高而增大．样品的电导率和Ｃａ２＋随着海拔的上升呈下降趋势：其中河水的电导率、Ｆ－、Ｃａ２＋、矿化度、ＳＯ２－４和Ｍｇ２＋与海拔高度都有较好的相关关系，随着海拔高度上升而降低．
【总页数】6页(P1-6)
【关键词】绒布冰川;水体;矿化度;电导率;PH值;水质监测
【作者】秦翔;秦大河;皇翠兰;王晓香
【作者单位】中国科学院兰州冰川冻土研究所冰芯与寒区环境开放实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X832.01
【相关文献】
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4.希夏邦马峰北坡达索普冰川区冰、雪、河水的化学特征 [J], 秦翔;姚檀栋;王晓香;皇翠兰
5.珠穆朗玛峰北坡东绒布冰川成冰作用的新认识 [J], 康世昌;秦大河;任贾文;张东启;秦翔
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长白山天池水系常量离子和氢氧同位素地球化学示踪
李玥;吴珍汉;杨智
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2015(015)006
【摘要】采集天池火山区的温泉水、地下水和地表水,进行了常量离子和氢氧同位素指标测试,进行了水体来源分析.结果发现:①水体的氢氧同位素数据表明各类水体均来源于大气降水;②温泉水的氚含量指示其年龄为50 ～ 60年;③各类水体中离子含量和氚含量的变化特征表明天池火山区的温泉水主要汇入天池水和北坡水系之中,仅有少量进入西坡和南坡水系,天池火山区地下水呈现出由南向北运移的特点.【总页数】5页(P16-20)
【作者】李玥;吴珍汉;杨智
【作者单位】中国地质科学院,北京100037;中国地质科学院,北京100037;淮河水资源保护科学研究所,蚌埠233001
【正文语种】中文
【中图分类】P597.1
【相关文献】
1.多向观测电感耦合等离子体发射光谱法同时测定土壤和水系沉积物中常量和微量元素 [J], 沙艳梅;赵学沛;张歌;张丹阳;焦万里
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3.几种根管治疗用氢氧化钙药物释放钙离子和氢氧根离子水平的比较 [J], 刘晓辉;
丁莉
4.长白山天池火山区长白聚龙泉热水氢氧稳定同位素组成与氚分布规律 [J], 林元武;高清武;于清桐
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青藏高原西北部班公湖流域夏季主要水体H-O同位素组成及其影响因素邵玉祥;严步青;刘旭;蒋钦;陈文彬;龚康;易海洋;李博【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2024(38)2【摘要】作为高寒内陆区的青藏高原西北部班公湖流域水文数据资料较为匮乏,导致对区域水循环过程和气候环境的认识不够深入,氢氧稳定同位素示踪技术可为解决该问题提供理想途径。

本文系统分析班公湖流域夏季含湖水、河水、冰川融水和地下水4种不同类型的水体中氢氧同位素的组成,阐释水体氢氧同位素、氘盈余参数沿程变化的特征及其与水体矿化度、高程、经纬度和全球大气降雨线之间的关系,并进一步剖析同位素组成变化的控制因素。

结果显示,水体中δ^(2)H和δ^(18)O 的波动范围分别为-112.37‰~-24.90‰和-14.84‰~2.01‰,平均值及标准差分别为-76.73‰±26.49‰和-8.43‰±5.24‰。

湖水δ^(2)H和δ^(18)O相对其他水体富集,测定结果更偏正值,冰川融水δ^(2)H和δ^(18)O相对其他水体更为贫化。

流域水体氢氧同位素的大陆效应总体不明显,部分水体有一定高程效应体现。

水体氢氧同位素演化趋势表明,冰川融水与全球大气水线接近,易受大气降雨影响。

同时其他水体线的较小截距和斜率值,表明大气降雨不是这些水体的直接补给源。

河流沿程的水体δ^(2)H和δ^(18)O呈递增趋势,越远离冰川融水补给端的河水和湖水值越偏正,反映强蒸发的特点。

水体氘盈余参数及其与矿化度之间的关系也指示蒸发作用是影响该区域水体氢氧同位素变化的主要因素。

【总页数】10页(P427-436)【作者】邵玉祥;严步青;刘旭;蒋钦;陈文彬;龚康;易海洋;李博【作者单位】中国地质调查局军民融合地质调查中心;中国地质大学(武汉)地球科学学院;中国地质大学(北京)地球科学与资源学院【正文语种】中文【中图分类】P343.3;P641.3【相关文献】1.青藏高原现代湖泊沉积物碳酸盐矿物氧同位素组成特征及影响因素2.班公湖MOR型蛇绿岩Re-Os同位素特征对班公湖—怒江特提斯洋裂解时间的制约3.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4.青藏高原腹地班德湖记录的全新世夏季风变化与流域环境响应5.西藏班公湖——怒江成矿带南侧矽卡岩型铜多金属矿床S、Pb同位素组成及成矿物质来源因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

深海水文氢氧同位素记录及其环境意义研究深海是一个充满神秘和未知的领域，其内部环境受到地球上多种因素的影响，包括大气、海洋、岩石、生态等。

其中，深海水文环境通过观测海水物理、化学和生物状况等数据，能够对大气环境、全球气候和海洋生态等方面提供重要的参考依据。

而深海水文氢氧同位素作为一种重要的地球化学记录手段，具有一定的研究价值和应用前景。

一、氢氧同位素研究原理及特点氧分子主要有三种同位素氧16、氧17和氧18，不同的同位素在热力学稳定原理下在水分子中分布比例有着天然存在的差异，因此可以用来分析水的来源和性质。

同样，氢同位素也具有类似的特点，不同的氢同位素在不同的水体中的含量比例也不相同。

因此，通过研究深海水文氢氧同位素，可以确定海水的来源和区域，分析海水的运动特征等。

二、深海水文氢氧同位素的记录深海水文氢氧同位素的观测是通过收集深海的水样来进行的，利用高分辨率的质谱仪和气体比例仪等设备对水样中的同位素含量进行分析。

由于深海水文环境相对稳定，因此深海水样可被用于长时间跟踪监测，并可用于比较不同时期的氢氧同位素含量。

三、深海水文氢氧同位素记录的环境意义1、生态环境深海水文氢氧同位素的记录可以对洋流和海水环境的变化进行分析，从而推测海洋生态环境的变化趋势。

比如，可以通过对氢氧同位素的分析，研究深海水的热力学稳定性，推断海水水团运动的方向。

同时，氢氧同位素的变化也揭示了深海中生物生长和代谢的变化趋势。

2、全球气候深海水文氢氧同位素在反映全球气候变化过程中的作用是非常显著的。

氢氧同位素存在于不同形式的水体中，如地表水、地下水、大气水汽和海水等，从而反映了地球气候变化的过程。

其中，海水中的氢氧同位素可以表征全球气候的变化趋势，并揭示全球海洋水圈变化的机制。

3、矿床资源深海中存在着许多重要的矿床资源，如金属矿产、碳酸盐矿物、硫化物矿物等。

这些矿物储藏量不仅巨大，而且潜藏在深海中，因此具有更高的开采成本和技术难度。

《内蒙古高原湖泊碳（氮、磷、硅）的地球化学特征》篇一一、引言内蒙古高原，作为中国的重要内陆区域，以其广袤的草原和独特的湖泊生态系统而闻名。

湖泊作为地球系统的重要组成部分，其碳（C）、氮（N）、磷（P）和硅（Si）等元素的地球化学特征，对湖泊的生态环境、气候变化及地质演化有着深远的影响。

本文将重点探讨内蒙古高原湖泊中这些元素的地球化学特征。

二、研究区域与方法（一）研究区域本研究选定了内蒙古高原多个典型的湖泊进行调查分析，包括呼伦湖、乌梁素海等，以获取这些湖泊的碳、氮、磷和硅等元素的地球化学特征。

（二）研究方法本研究采用实地采样、实验室分析和数据分析相结合的方法。

首先，对湖泊进行实地采样，采集水样和底泥样品；其次，在实验室进行元素分析，包括总碳、总氮、总磷和总硅的测定；最后，对数据进行统计分析，揭示元素的地球化学特征。

三、碳的地球化学特征内蒙古高原湖泊的碳元素主要存在于水体和底泥中。

水体中的碳主要来自大气二氧化碳的溶解和生物活动，而底泥中的碳则主要来自有机质的沉积。

湖泊碳的地球化学特征受气候、水文条件和生物活动等因素的影响。

研究表明，内蒙古高原湖泊的碳含量相对较高，反映了该地区独特的生态环境和地质条件。

四、氮、磷、硅的地球化学特征氮元素在湖泊中主要来自大气氮的沉降和生物固氮作用。

内蒙古高原湖泊的氮含量受人类活动影响较大，如农业排放和生活污水等。

磷元素主要来自岩石风化和生物活动。

内蒙古高原湖泊的磷含量受地质条件和生物活动的影响较大。

硅元素则主要与水体的化学性质和岩石风化程度有关。

内蒙古高原湖泊的氮、磷、硅等元素的含量及分布受地质条件、气候和人类活动等多重因素的综合影响。

五、结果与讨论通过对内蒙古高原湖泊的实地调查和实验室分析，我们发现这些湖泊中碳、氮、磷和硅等元素的地球化学特征具有明显的地域性和季节性变化。

其中，碳元素主要受气候和水文条件的影响；氮元素受人类活动影响较大；磷元素受地质条件和生物活动的影响较大；硅元素的分布则与水体的化学性质和岩石风化程度密切相关。

呼伦湖流域氢氧稳定同位素特征及其对水体蒸发的指示作用高宏斌;李畅游;孙标;史小红;赵胜男;樊才睿【摘要】The aim of this paper is to analyze water stable isotopes(δD and δ18O) in Lake Htdun Basin,and to explore the indicative function of stable isotopes in hydrological cycle in this region.The analytical results of lake water,river water and well water around Lake Hulun indicate that there are temporal variations of stable isotopes in lake and river water and spatial variations in river water along the flow path.Furthermore,the relationship between δ18O and δD in lake water,river water and groundwater in Lake Hulun Basin shows the crossing points of lake and river water are located in the lower right of local meteoric water line,suggesting lake water and river water have suffered from evaporation.However,the crossing points of well water are located closely to the local meteoric water line except southwestern area (W1) around the lake,indicating all groundwater except W1 reflects a precipitation origin,and the weird high isotope values in W1 may have connections to the lake water and well ing the relationship between stable isotopic rado in residual water and residual water proportion with consideration of the effect of temperature and humidity,the proportions of modem lake water and river water after evaporation are calculated as 0.85-0.96 for river water,and 0.71-0.77 for lake water.Obviously,the extent of lake water evaporation is greater than that of river water,with 4％-15％ water loss for rivers and 23％-29％ water loss for the lake.In addition,the annual lake water evaporation wascalculated based on isotopic mass balance method,the low relative error (5.4％) compared with measured data indicates this model is appropriate to calculate water evaporation for Lake ing stable isotope (δD and δ18O) is an essential method to study on hydrological cycle in a basin,thus stable isotope still has a wide application space in hydrological cycle in Lake Hulun Basin.%以呼伦湖流域为例研究该区域氢氧稳定同位素在不同水体中的分布特征,并探讨氢氧稳定同位素对在该区域水文过程的指示作用.流域湖水、入湖河水、周边地下水水样的氢氧稳定同位素分析结果表明,夏季8月份湖水中的重氢氧稳定同位素比7月份的更加富集.而河水中氢氧稳定同位素在同一时间内的河流沿程上存在明显的差异,下游水体中的氢氧稳定同位素要比上游更加富集.研究区的河水和湖水的δ18O-δD关系特征显示,河水和湖水的δ18O-δD的关系点全部位于当地降水线的右下方,说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用.而井水的δ18O-δD的关系点大都靠近当地大气降水线,说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成.利用氢氧稳定同位素分馏过程中的氢氧稳定同位素的比率与剩余水体的关系,并在考虑湿度因子的动力分馏模拟下,计算出河水的剩余水体比例在0.85～0.96之间,而湖水的剩余水体比例在0.71～0.77之间.最后,利用氢氧稳定同位素质量平衡法对呼伦湖多年平均蒸发量进行了估算,估算的湖泊蒸发量结果与实测值相近,相对误差为5.4％,说明方法可靠.氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用,在今后呼伦湖流域水文研究中有着更加广泛的应用空间.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】9页(P211-219)【关键词】氢氧稳定同位素;分馏;蒸发;地下水;水文过程;呼伦湖【作者】高宏斌;李畅游;孙标;史小红;赵胜男;樊才睿【作者单位】内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018;内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,呼和浩特010018【正文语种】中文地球上的水分通过降水、蒸散发、下渗、径流等过程控制着水分的循环. 自然界中蒸发和凝结作用是造成水体中的氢氧稳定同位素分馏的重要方式，也是造成各种地表水体的氢氧稳定同位素组成差别并且具有一定分布规律的重要原因[1]. 一方面，水分子在蒸发、凝结过程中发生分馏，造成组成水分子的氢氧稳定同位素含量发生变化，使得不同状态的水体含有不同的氢氧稳定同位素值[2-3]. 利用这种异质性，氢氧稳定同位素作为示踪剂成为近年来指示流域水循环、确定地表水和地下径流的来源和地表水、地下水相互作用关系等研究方面的重要技术手段. 例如，Clark等[4]利用氢氧稳定同位素的示踪性，明确了不同时间、空间尺度下的地下水水文循环过程；Wassenaar等[5]和Wang等[6]运用氢氧稳定同位素对地下水进行了研究，识别出了地下水的补给源和补给区域； Currell等[7]和Cui等[8]对湖泊和地下水的氢氧稳定同位素进行了研究，明确了湖水与地下水的混合区域和补给关系. 另一方面，通过对水体蒸发过程中氢氧稳定同位素的分馏机制的研究，建立水体蒸发分馏模型模拟氢氧稳定同位素的分馏规律，以及确定水体蒸发量是氢氧稳定同位素在水文循环研究中的另一个应用. 例如，田立德等[9]在1998年首次对青藏高原中部地区进行了水体氢氧稳定同位素在蒸发过程中的研究，通过野外水蒸发实验和模拟计算结合，认为水在蒸发过程中其剩余水体中的氧氢稳定同位素值与剩余水体显著相关，而且蒸发分馏因子的大小受相对湿度的影响. 马斌等[10]对华北平原水蒸发过程中氢氧稳定同位素的分馏特征进行了研究，获得了氢氧稳定同位素变化量与累积蒸发量的关系，并且认为盐分对蒸发分馏产生的影响较低. 钱会等[11]使用瑞利平衡分馏方程对河水的蒸发比例进行了计算，表明河水的累计蒸发比例相对最初的水量可达到20%～48%. 肖薇等[12-14]利用氢氧稳定同位素的比率估算了湖泊的多年平均蒸发量，并与实测蒸发量比较，认为利用氢氧稳定同位素计算湖泊蒸发量的方法可靠.鉴于上述，氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用. 目前对呼伦湖流域水文过程中的氢氧稳定同位素特征的相关研究鲜有报道，一定程度上制约了对该流域的水文循环过程、地表水与地下水相互关系等方面的深刻认识. 本文基于对内蒙古呼伦湖流域不同水体的氢氧稳定同位素组成分析，利用氢氧稳定同位素的指示作用对呼伦湖流域水文过程的机理进行研究，为流域水资源持续利用和生态环境建设提供科学参考.图1 研究区及采样点位置Fig.1 Location of the study area and sampling sites 1 材料与方法1.1 研究区概况呼伦湖(48°33′～49°20′N，116°58′～117°48′E)为中国第五大湖，也是我国北方最大的湖泊，位于内蒙古自治区满洲里市及新巴尔虎左旗、新巴尔虎右旗之间(图1). 呼伦湖全流域面积为25.6万km2，我国部分为9.3万km2，所占比例为37.3%；蒙古国部分为16.3万km2，所占比例达63.7%[15]. 呼伦湖地区处在半干旱的高纬度地带，属中温带大陆性气候，年平均气温为1.2℃，年平均降雨量为235 mm,年平均蒸发量为1470 mm左右，最大湿度达到80%(来自1961-2013年水文站数据). 呼伦湖湖水的补给除了来源大气降水外,主要来源于蒙古境内肯特山脉的克鲁伦河，以及连接贝尔湖的乌尔逊河. 其中每年接纳平均降水量大约为6.29亿m3；多年平均径流量为12.58亿m3；除此之外，呼伦湖区域的地下水也是湖水重要的补给来源，年补给量约为3.90亿m3[16]. 呼伦湖近年来由于其出流河口被人为控制，基本上成了内陆封闭湖泊，因此湖水除了之前个别年份通过新开河泄水外，其水量损失主要是来自湖面的蒸发，多年平均水面蒸发量为1103 mm,折算成水量为25.80亿m3[16]. 近年来，由于气候和人为因素的影响，呼伦湖径流量减少，湖泊水位下降，面积减小，水质变差，同时，由于水土流失和草地退化使得进入呼伦湖的污染物浓度升高[16]，湖泊水环境及其生态环境的恶化受到了广泛的关注.1.2 样品的采集与测定分析根据呼伦湖的水系特征及水文地质条件，于2014年夏季的6-8月对呼伦湖湖面、两条入湖河流(克鲁伦河、乌尔逊河)、周边地下井水(井深在1～15 m之间)、以及泉水分别采样，共采集31个水样. 其中6月26日分别采集克鲁伦河的上、中、下游3个水样；7月4日和8月3日分别采集呼伦湖湖面水样，每次7个，共14个，以及克鲁伦河下游处和乌尔逊河相同位置处各2个，共4个；7月30日在湖周边的西南部区域采集9个地下井水样品和1个泉水样. 采样过程中用GPS定位采样点(图1)，采集的所有水样立即用封口膜密封在100 ml的聚乙烯瓶中，放于保温箱，带回实验室.所有水样(湖水、井水、河水、泉水)在测定分析前都经0.45 μm的滤膜过滤. 氢氧稳定同位素采用内蒙古农业大学水环境实验室的高精度的美国LGR公司的液态水氢氧同位素分析仪测定(仪器型号:LMIA-V2(DLT-100)，精度δD：1‰，δ18O：0.1‰). 计算结果以维也纳平均海水VSMOW为标准，公式为：δ[‰]=[Rsample/Rstandard-1]×1000(1)式中，δ为同位素组成,R为重氢氧稳定同位素与轻氢氧稳定同位素的比值.2 结果与分析2.1 呼伦湖流域不同水体氢氧稳定同位素的分布特征呼伦湖流域不同水体具有不同的氢氧稳定同位素组成特征(表1). 其中，湖水中的氢氧稳定同位素的值最大，δD分布在-72.83‰～-63.44‰之间，δ18O分布在-8.55‰～-7.12‰之间，河水的氢氧稳定同位素值较湖水的次之，δD分布在-95.99‰～-80.69‰之间，δ18O分布在-12.35‰～-10.17‰之间，地下水除了W1点(δD：-78.52‰，δ18O：-8.91‰)和W3点(δD：-72.02‰，δ18O：-9.41‰)异常偏正外，其他的井水和泉水的氢氧稳定同位素值都接近或小于附近河水中的值，δD分布在-120.87‰～-86.86‰之间，δ18O分布在-15.91‰～-11.40‰之间.表1 呼伦湖流域各种水体中氢氧稳定同位素分析结果*Tab.1 The results of δD and δ18O in water samples from Lake Hulun Basin水体样品号(日期)18OV⁃SMOW/‰DV⁃SMOW/‰水体样品号(日期)18OV⁃SMOW/‰DV⁃SMOW/‰湖水A10(7月4日)-8．55-72．83D7(7月4日)-7．83-66．59F5(7月4日)-7．61-66．36F9(7月4日)-7．66-65．71G2(7月4日)-7．47-65．70H3(7月4日)-7．33-65．71X1(7月4日)-7．49-65．75A10(8月3日)-8．21-71．87D7(8月3日)-7．38-67．24F5(8月3日)-7．12-65．91F9(8月3日)-7．16-65．88G2(8月3日)-7．27-65．21H3(8月3日)-7．25-65．23X1(8月3日)-7．12-63．44河水KLL上(6月26日)-12．35-95．99KLL中(6月26日)-11．84-94．48河水KLL下(6月26日)-10．98-85．72KLL下(7月4日)-10．46-84．00KLL下(8月3日)-10．30-83．20WEX(7月4日)-11．24-87．56WEX(8月3日)-10．17-80．69地下水W1(7月30日)-8．91-78．52W2(7月30日)-11．40-86．86W3(7月30日)-9．41-72．02W4(7月30日)-11．98-89．61W5(7月30日)-12．33-93．05W6(7月30日)-13．34-100．54W7(7月30日)-11．64-89．38W8(7月30日)-15．91-120．87W9(7月30日)-14．25-105．24泉水(7月30日)-13．06-98．35*KLL表示克鲁伦河，WEX表示乌尔逊河，W表示井水.2.2 湖水和河水的氢氧稳定同位素组成随时间的变化氢氧稳定同位素组成的季节变化明显，同时在同一季节由于不同时间段的温度对水体蒸发作用的影响程度不同，因此氢氧稳定同位素组成也随之变化. 比较夏季两次不同时间获得的样品的氢氧稳定同位素分析结果(图2)，总体上看，除了湖面上D7点和F9点8月样品的δD值小于7月，其他的点位8月样品的δD和δ18O值要高于7月样品的，特别是δ18O值在不同时间上的体现更为明显，说明呼伦湖在7月到8月之间经过强烈的蒸发作用，湖水中的重氢氧稳定同位素更加富集，一定程度上体现了该地区水体中氢氧稳定同位素组成在夏季随时间的变化. 而δ18O较δD变化更为明显，可能是由于在通常水体中氧稳定同位素的含量要高于氢稳定同位素，测量时误差小而结果更加准确，也正因为此，很多研究中氧稳定同位素的应用要比氢稳定同位素广泛一些.图2 呼伦湖各采样点水体中氢氧稳定同位素组成随时间的变化Fig.2 Temporal variations of δD and δ18O of each sampling site in Lak e Hulun在野外实验过程中由于交通原因，对克鲁伦河的取样更为密集，因此将克鲁伦河同一位置下游处3个不同时间段的水样氢氧稳定同位素作比较(图3)，发现河水的δD和δ18O随时间的变化与湖水具有相似的特征，从6月到8月初，δD和δ18O表现为明显的递增趋势，同样反映了蒸发作用对河水中氢氧稳定同位素分布特征的影响.图3 克鲁伦河水体中氢氧稳定同位素组成随时间的变化Fig.3 Temporal variations of δD and δ18O of water samples in Kelulun Riv er2.3 河水氢氧稳定同位素组成的沿程变化克鲁伦河水体中的δD和δ18O从上游到下游呈明显增大的趋势，δD从-95.99‰增大到-85.72‰，δ18O从-12.35‰增大到-10.98‰(图4). 克鲁伦河氢氧稳定同位素的这种沿程分布变化，一方面与上、中、下游汇入水体的氢氧稳定同位素特征有关，另外主要还是与河流流动过程中沿程受到的蒸发作用有关.图4 克鲁伦河水体中氢氧稳定同位素组成的沿程变化Fig.4 Variations of δD and δ18O of water samples in Ke lulun River from upstream to downstream3 讨论3.1 呼伦湖流域大气降水和其他水体中δ18O-δD的关系特征研究流域氢氧稳定同位素的分布特征，确定当地降水线是研究的基础. Craig[17]在研究北美大气降水时发现大气降水的氢氧稳定同位素组成呈线性变化，并确定了最初的全球大气降水方程. 但后来研究者发现由于不同地区海拔、地貌、气候等条件的不同，各地大气降水线偏离全球降水线的情况各不相同，因此为了更加精准合理地研究当地的氢氧稳定同位素特征，应建立相应的当地降水线. 目前，在呼伦湖流域氢氧稳定同位素的研究还鲜有报道，同时受研究区流域降水资料的限制，当地大气降水线不能利用该区域实测的数据生成. Tsujimura等[18]在2007年对克鲁伦河流域的不同水域同位素进行了研究，并确定了该区域的大气降水线，由于文献中的研究区克鲁伦河流域属于呼伦湖流域的一个部分，二者的地理位置和气候环境相差不大，因此本文采用该结果作为呼伦湖流域的当地大气降水线，关系式如下：δD=7.5 δ18O+2.1(2)图5 呼伦湖湖水、河水、井水和泉水δ18O-δD的关系 Fig.5 The cross-plot ofδ18O and δD from water of Lake Hulun, river water, well water and spring 一个地区水体蒸发线反映了区域气象参数，不同气候条件下的水体的蒸发线的斜率会有所区别. 结合本研究获得的数据，得出呼伦湖流域不同水体δ18O-δD的关系(图5)，研究区的河水和湖水δ18O-δD 的关系点全部位于当地降水线的右下方，说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用. 而湖水的δ18O-δD关系点分布范围沿蒸发线并位于最上方，河水的分布范围位于下方，说明湖水受到的蒸发作用更大. 研究区井水和泉水的δ18O-δD关系点除了W1外，全部落在当地降水线附近，说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成，这种地下水氢氧稳定同位素特征是一种普遍的现象，在其他研究中也多有报道[19]. W1点井水的δ18O-δD关系点偏离至当地降水线的右下方，说明该井水体也受到明显的蒸发作用. 由于井水位于地下不易受到强烈的蒸发作用，且该井水δ18O-δD关系点介于湖水之下和大部分地下水之上，因此可能是因为蒸发的湖水进入该井水并与蒸发作用不明显的地下水发生了混合作用.3.2 剩余水体中氢氧稳定同位素组成与剩余水体量比例的关系蒸发在水文循环中是重要的环节，特别是对于半干旱区的呼伦湖流域，河水和湖水的蒸发是水量流失的主要过程. 水体蒸发过程中，相对轻的氢氧同位素水分子间的氢键优先被破坏，使部分轻的氢氧同位素先形成蒸汽离开液面，重的氢氧同位素逐渐被富集在剩余水体中，这一过程称为分馏[3,9]. 在瑞利平衡蒸发条件下，剩余水体的氢氧稳定同位素组成(δ)与受蒸发后剩余水体和原始水体的比率(f)呈指数关系，服从瑞利蒸发分馏模型[20]：δ=(δ0+1)f(a-1)-1(3)式中，δ0为水体氢氧稳定同位素的初始组成，f为剩余水体的比例，a为分馏系数.由氢氧稳定同位素确定的当地降水线和蒸发线的交点常常被认为是受蒸发水体氢氧稳定同位素的最初组成，故本文选用这一交点(δ18O：-13.00‰，δD：-99.97‰)作为δ0值，δ为呼伦湖河水和湖水的实测值，因此，只要确定分馏系数a，就可以计算出剩余水体量的比例. 由于式(3)中δ的绝对值很小，为方便起见，该式可简化为：δ-δ0=103(a-1)ln f(4)在瑞利平衡分馏过程中，温度是控制氢氧稳定同位素分馏的主要因素，分馏系数随环境温度的变化而改变. 由Majoube[21]提出的温度从273.15 K到373.15 K变化时的经验方程，蒸发分馏系数a与温度(T)存在以下关系：103ln a O18=1.137-0.4156-2.0667(5)103ln a D=24.844-76.248+51.612(6)因此，可以根据上式计算出不同温度下的分馏系数. 结果表明，氢氧稳定同位素的分馏系数与温度呈反比，温度越低，分馏系数越大，分馏程度就越深.图6 平衡条件下剩余湖水、河水中δ18O 与剩余水体比例的关系(T=1.2℃) Fig.6 Relationship between δ18O and f in residual lake water and river water under equilibrium condition(T=1.2℃)根据呼伦湖流域的气象数据得知，呼伦湖常年平均温度1.2℃. 因此，采用T=1.2℃计算出的蒸馏系数a=1.0116作为确定呼伦湖湖水和河水剩余水体的比例. 根据前人的研究发现，计算水体蒸发量时使用δ18O更为可靠[11]，故本文采用δ18O的计算结果(图6). 如图6所示，通过呼伦湖流域水体δ18O的实测值落在δ18O与剩余水体比例的模拟线上的位置，可以清楚地确定水体受到的蒸发程度. 河水和湖水由于受蒸发程度的不同，剩余水体比率的分布分为两个部分，河水的剩余水体比例在0.78～0.95之间，而湖水的剩余水体比例在0.60～0.68之间，说明现有的河水由于蒸发损失的量在最初水体的5%～22%之间，而湖水由于封闭状态下受到的累积蒸发更大，损失量在最初水体的32%～40%之间.已有大量研究表明，由于分子扩散作用所引起的动力效应和水体与空气氢氧同位素之间的相互关系和交换因子等的影响，自然条件下的实际蒸发分馏与理想的平衡蒸发分馏存在一定的差异，这主要是因为实际水的蒸发不仅有平衡蒸馏过程，还有动力蒸馏的过程[22-23]. 动力蒸馏主要与大气湿度有关，Gonfiantini[24]给出分馏系数与湿度的计算关系式：图7 不同相对湿度下剩余水体中δ18O与剩余水体比例的关系(T=1.2℃)Fig.7 Relationship between δ18O and f in residual water under different relative humidities (T=1.2℃)Δε18O=14.2(1-h)×10-3(7)式中，ε为富集系数，ε=1000(1-a)；h为湖面的相对湿度. 据此可以模拟出不同大气相对湿度下的水中δ18O的分馏过程，并与在相同温度下(T=1.2℃)的瑞利平衡分馏过程作对比. 结果表明，湿度对蒸发分馏过程有着重要的影响，随着湿度的增加，剩余水体中δ18O随剩余水体比例的变化逐渐减小(图7). 对比瑞利平衡分馏(h=100%)，其他相对湿度下剩余水体中δ18O的分馏程度都要大于瑞利平衡分馏，这再次说明了在实际水体蒸发过程中，由湿度因子引起的动力分馏作用必须予以考虑.根据呼伦湖实测气象数据得知，多年平均相对湿度大约在60%左右，利用该湿度值计算出的蒸发分馏过程中剩余水体中δ18O随剩余水体比例模拟线(灰色粗线)以及相应的实测水体中δ18O的值如图7所示，根据实测δ18O值落在模拟线上的位置，可以看出计算出的河水和湖水水体剩余水体比例较瑞利平衡蒸馏下的大很多，河水的剩余水体比例在0.85～0.96之间，而湖水的剩余水体比例在0.71～0.77之间，对应的河水蒸发损失的量占最初水体的4%～15%，而湖水损失量占最初水体的23%～29%.3.3 氢氧稳定同位素平衡法估算湖泊蒸发量氢氧稳定同位素方法对于推求湖泊蒸发量是一个非常有效的工具，特别是对于实测资料缺乏的研究区. 通常使用水量平衡方法计算蒸发量时，由于无法准确地确定水量平衡各项的要素，尤其是地下水入湖量，造成计算结果的不确定性. 利用氢氧稳定同位素计算湖泊蒸发量的优势在于不必测定入湖水量，只需测定各种入湖水体的氢氧稳定同位素组成，结合水量平衡方程和氢氧稳定同位素物质平衡方程，就可计算出湖泊的蒸发量.湖泊中的水量平衡方程可以表示为：=I+P-Q-E(8)式中，V为湖泊的体积，I为进入湖泊的水量，P为降水量，Q为流出湖泊的水量，E为湖泊的蒸发量.而对于一个浅水湖泊，由于其混合程度较好，氢氧稳定同位素物质平衡方程可以表示为：=δi·I+δp·P-δq·Q-δe·E(9)式中，δ l、δ i、δ p、δ q和δe分别为湖水、入湖水、降水、出流水和湖泊蒸发水氢氧稳定同位素的组成. 由式(8)和(9)合并(湖泊完全混合下，δl=δ q)，湖泊蒸发量E可表示为：E=(10)根据Saxena [25]通过模型给出的湖水蒸发过程中蒸发水汽氢氧同位素组成δe的求法：δe=-1(11)式中，δa为大气水汽为氢氧稳定同位素组成；h=60%；β为重轻分子传输阻力系数，大约为1.013；大气中氢氧同位素的δa按照下式计算[26]：δa=-0.014T2+0.67T-23.4(12)式中，T为湖面气温(℃)，采用呼伦湖气象数据的常年平均温度1.2℃.呼伦湖是一个受湖泊水位控制出流的湖泊，近年来由于水位较低成为了封闭性湖泊，因此水面蒸发是湖泊的唯一支出项，Q可以忽略不计. 假定湖水在短时间内的氢氧稳定同位素组成保持不变，则有dδl/dt=0，式(10)可简化为：E=(13)式中，δ l取所有实测湖水样品中测得的δ18O的算术平均值，为-7.51‰；δ i可通过当地降水线与蒸发线的交点获得，为-13.00‰，这一方法已被证明可以很好地估算湖泊的入湖水中氢氧稳定同位素的权重值[27-28]. δ p来自IAEA(国际原子能机构)设立在齐齐哈尔长期监测站δ18O的平均值，取值为-15.00‰，由公式(12)、(13)求得的δ a和δ e分别为-23.40‰和-13.75‰.根据呼伦湖周边水文站1961-2013年的实测资料，得知呼伦湖50多年来平均湖泊面积为2020 km2,多年蓄水量变化为1.25亿m3,可换算为61.9 mm；多年平均降雨量为235 mm；多年平均蒸发量为1470 mm(水文站20 cm蒸发皿)左右，折合水面蒸发量为1140 mm(折算系数0.776来源于文献[29]). 将各项及参数代入公式(14)中,可得出呼伦湖多年平均蒸发量为1078 mm,与实测值1140相差62mm，相对误差为5.4%，这可能是在计算过程中由于涉及的参数较多出现的误差，特别δe值是按照经验公式计算得出，计算值的偏大或偏小都对蒸发量的估算有很大的影响. 另外，计算中采用不同水体中平均氢氧稳定同位素组成可能会因为实测样品量的不足而存在一定的误差. 但整体来说利用氢氧稳定同位素平衡方法估算呼伦湖蒸发量是可靠的.4 结论1)对研究区不同水体中的氢氧稳定同位素进行研究，结果表明湖水和河水中氢氧稳定同位素在时间和空间上由于受不同程度蒸发作用的影响都存在明显的差异. 此外，根据氢氧稳定同位素在不同水体中的δ18O-δD关系特征，表明研究区的湖水和河水受蒸发作用明显，且湖水受到的蒸发作用更大；周边地下水主要是大气降水渗入地下形成，而位于湖岸部分区域的井水存在异常偏正的氢氧稳定同位素值，可能是由于受蒸发的湖水进入该井水并与蒸发作用不明显的地下水发生了混合作用.2)考虑温度和湿度因子的结果显示河水的剩余水体比例在0.85～0.96之间，而湖水的剩余水体比例在0.71～0.77之间，换而言之，河水蒸发损失的量为最初的水体的4%～15%，而湖水损失量为最初的水体的23%～29%. 利用剩余水体中氢氧稳定同位素组成与剩余水体比例的关系计算水体剩余水体比例以及蒸发损失的比例，可能是评估水体受蒸发程度的一种有效的方法.3)对于缺乏实测资料的研究区，氢氧稳定同位素平衡估算湖泊蒸发量是非常有效的方法. 利用氢氧稳定同位素方法对呼伦湖多年平均蒸发量进行计算，计算结果与实测值相近，说明了该方法的可靠性. 但同时需要指出的是，计算过程中由于涉及的参数较多，对蒸发量的估算结果均有不同程度的影响，需要在计算时考虑周全.4)氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用，本文由于受制于研究区调查范围及样品采集密度，仅对其在上述几个方面作出了应用，但实际上氢氧稳定同位素还有更加广泛的应用空间，比如研究区域地下水、湖水的补给来源，判断承。

珠穆朗玛峰高山生态环境研究分析在地球上最高的山峰上，珠穆朗玛峰的高山生态环境让无数人望而却步。

人类活动的增加和气候变化的影响对这一高山生态环境产生了很大的影响。

本文将从多个角度对珠穆朗玛峰的高山生态环境进行分析和研究。

首先，我们从气候变化的角度出发。

气候变化对珠穆朗玛峰的生态环境影响巨大，随着全球变暖，珠穆朗玛峰的冰川不断消融，大量的冰川溪流汇入河流，对当地水库的淤积和持续供水产生了极大的影响。

更严重的是，珠穆朗玛峰的降雪日益减少，不仅给珠穆朗玛峰的冰川融化加速，也对珠穆朗玛峰地区的生物群落造成严重的影响。

其次，我们从资源利用的角度出发。

生态环境的保持需要对当地资源进行科学、合理的利用。

然而，在长期的无序开发中，资源的浪费和过度利用已成为当地生态破坏的重要注脚。

如，珠穆朗玛峰海拔四千七百米以下的山体，几乎每年的春季都是茶马古道的冷门旅游景点，但是由于游客往返异常，这里各种垃圾和污水扫地不解，侵犯到了当地自然生态的生存。

然后，我们还要从生物群落的角度进行考量。

随着气候变化和人力活动的不断影响，珠穆朗玛峰的生物群落遭受了很大的打击。

很多物种有逐渐消失的风险。

令人担忧的是，有些脆弱的物种或生物群落可能永远无法恢复到原有的状态。

而一些非本地植物和废基地动物，却在高海拔地区迅速蔓延。

导致当地生态环境变得更加复杂和不稳定。

为此，当地政府和科研人员也正在积极开展生物多样性与生态修复的科研和实践工作。

最后，我们从人类活动的角度出发，认真的审视珠穆朗玛峰的生态环境。

由于珠穆朗玛峰的海拔高度超过了五千八百公尺，能适应的氧气浓度比较低，所以当地的物资和人员都是非常难以进入的。

不过在普及低碳旅行的大环境下，珠穆朗玛峰的旅游生态环境已逐渐好转。

同时，当地政府也加大了跟踪监控力度，加强了对人类活动和环境保护的关注。

总的来说，珠穆朗玛峰是一个高山生态环境保护的重要课题。

我们不断探寻珠穆朗玛峰高山生态的问题，是为了给后续养护管理及科研工作提供更好的服务。

《内蒙古高原湖泊碳（氮、磷、硅）的地球化学特征》篇一摘要：本文着重研究内蒙古高原湖泊的地球化学特征，特别是碳（C）、氮（N）、磷（P）和硅（Si）等元素的分布、循环和变化规律。

通过对湖泊沉积物、水体及周边环境的综合分析，揭示了内蒙古高原湖泊在地球化学循环中的重要作用，为理解区域生态环境变化及未来环境保护提供科学依据。

一、引言内蒙古高原作为我国北方重要的自然地理单元，其湖泊资源丰富，对于研究自然地理环境的演变及生态环境保护具有极其重要的意义。

近年来，随着气候变化和人类活动的双重影响，湖泊水体的地球化学特征及其环境效应受到了广泛关注。

本文以内蒙古高原湖泊为研究对象，深入探讨其碳、氮、磷、硅等元素的地球化学特征。

二、研究区域与方法（一）研究区域本研究选取内蒙古高原的典型湖泊作为研究对象，包括呼伦湖、乌梁素海等。

（二）研究方法通过采集湖泊沉积物、水样以及周边环境样品，运用地球化学分析方法，对样品中的碳、氮、磷、硅等元素进行定量分析，并结合地理信息系统（GIS）技术进行空间分布规律的研究。

三、碳的地球化学特征内蒙古高原湖泊中的碳主要来源于大气和周边陆地生态系统的输入。

通过对湖泊沉积物中碳的分布及含量分析发现，碳在湖泊沉积物中的含量与气候环境密切相关，可反映古气候和古环境的变化。

此外，湖泊水体中的碳也参与水体生态系统的循环，对维持湖泊生态平衡具有重要意义。

四、氮的地球化学特征氮是湖泊生态系统中重要的营养元素之一。

在内蒙古高原湖泊中，氮的来源主要包括大气沉降、地表径流和地下水输入等。

湖泊中的氮循环与水生生物活动密切相关，通过生物固氮、硝化与反硝化等过程实现氮的迁移转化。

同时，湖泊沉积物中的氮含量也能反映人类活动对湖泊生态的影响。

五、磷的地球化学特征磷是湖泊生态系统中限制性营养元素之一，对湖泊生产力和生态系统结构有重要影响。

在内蒙古高原湖泊中，磷主要来自地表径流和大气沉降。

磷在湖泊水体中的循环受制于生物地球化学过程和物理混合作用。

博斯腾湖流域氢氧同位素特征研究努尔阿米乃姆·阿木克;麦麦提吐尔逊·艾则孜;海米提·依米提【摘要】[目的]明确博斯腾湖流域不同水体氢氧同位素特征差异.[方法]测定2014年博斯腾湖流域不同水体的氢氧同位素值,并与前人各期数据进行时空上的对比.[结果]湖水δ18O均值为-0.36‰,δD为-15.98‰,存在δD=2.99δ18O-14.91的数量关系;河水δ18O均值为-9.23‰,δD为-61.81‰,其关系:δD =6.10δ18O-5.43;地下水δ18O均值为-8.11‰,δD为-57.01‰,其关系:δD =4.61δ18O-19.68.经与Craig(1961)全球大气降水线(GMWL)及根据全球降水同位素观测网GNIP数据与乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)对比,地下水、湖水与河水氢氧同位素组成均大致落在当地大气降水线和全球大气降水线附近,显示受降水补给为主.与2001、2008、2011年数据对比显示,各年间各水体(地下水、地表水)氢氧同位素数据存在一定差异,该差异或由各期采样点空间分布不同引起.[结论]研究结果为博斯腾湖流域的可持续发展提供了理论依据.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P11-13,77)【关键词】博斯腾湖;开都河;地下水;氢氧同位素【作者】努尔阿米乃姆·阿木克;麦麦提吐尔逊·艾则孜;海米提·依米提【作者单位】新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,新疆师范大学,新疆乌鲁木齐830054;新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054;新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,新疆师范大学,新疆乌鲁木齐830054;新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054【正文语种】中文【中图分类】K903由于水在蒸发和扩散等循环过程中会引起同位素分馏，不同来源的水具有不同的同位素组成特征，所以可通过水体的氢氧同位素组成变化来示踪[1-4]。

第22卷　第9期2007年9月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22　N o.9S e p.，2007文章编号：1001-8166（2007）09-0960-09古高程计：氢氧同位素的新应用杨红梅，王成善（中国地质大学地球科学与资源学院，北京　100083）摘　要：定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。

根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。

区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。

以上两种方法的计算精度均有待于提高。

研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中，究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。

关　键　词：古高程计；氢同位素；氧同位素中图分类号：P597 文献标识码：A 近年来，高大地形对全球气候长期变化及海洋化学元素组成的影响，日益受到地球科学工作者的重视［1～11］。

地史时期上，地表起伏的状态能为地壳、岩石圈和上地幔动力学的研究提供第一手资料［12～17］，因此如何重建地形单元的海拔演化历史成为科学工作者关注的焦点；用定量的方法精确刻画高大地形的古海拔的演变，更是地质学家梦寐以求的目标。

最近几年国外对古高程计的研究进展迅速，特别是2006年有几项研究成果先后在N a t u r e、S c i e n c e等著名刊物上发表［18，19］。

而目前我国在此领域还基本是一片空白。

本文将介绍国际上用自生矿物的氢氧同位素作为古高程计的研究动态和进展，及其原理和计算方法，以期推动我国在此方面的研究进展。

1　研究历史回顾从20世纪90年代开始，国际上一批科学家先后尝试用不同的地质记录作为古高程计，进行定量分析。

《内蒙古高原湖泊碳（氮、磷、硅）的地球化学特征》篇一一、引言内蒙古高原作为中国乃至亚洲大陆重要的湖泊集中区，其湖泊生态系统不仅对当地气候、生态安全具有重要意义，同时，也成为了研究地球化学特征的重要研究对象。

其中，碳、氮、磷、硅等元素循环是湖泊生态系统中至关重要的环节，对于湖泊的水质、营养状况以及生态平衡有着决定性影响。

本文旨在探讨内蒙古高原湖泊中这些元素的地球化学特征，以期为湖泊资源管理和环境保护提供科学依据。

二、研究区域与背景内蒙古高原位于中国北部，拥有众多大小不一的湖泊，如呼伦湖、达里诺尔湖等。

这些湖泊因其独特的地质背景和气候条件，形成了独特的湖泊生态系统。

在漫长的地质历史过程中，这些元素在湖泊中的循环与积累，形成了丰富的地球化学特征。

三、碳的地球化学特征碳元素在湖泊中主要以溶解态和颗粒态两种形式存在。

内蒙古高原湖泊的碳循环受到气候、植被、水体生物等多种因素的影响。

湖泊中的有机碳主要来源于水生植物的光合作用和生物残体的分解。

同时，大气中的二氧化碳也可以通过水体溶解进入湖泊中。

这些碳元素在湖泊中的分布和变化对湖泊的酸碱度、水生生物的生长等具有重要影响。

四、氮的地球化学特征氮元素在湖泊中主要来自大气沉降、河流输入以及生物固氮等途径。

湖泊中的氮循环对湖泊的营养状况和生产力具有重要影响。

在内蒙古高原湖泊中，由于特定的气候和地理条件，氮元素常常呈现出特定的空间分布和季节变化特征。

这些特征与湖泊的生物活动密切相关，影响着湖泊生态系统的稳定性和功能。

五、磷的地球化学特征磷是湖泊生态系统中重要的营养元素之一，对水生生物的生长具有重要影响。

在内蒙古高原湖泊中，磷的来源主要是河流输入和底部沉积物的释放。

磷的循环受到湖泊的生物地球化学过程和水动力条件的影响，其浓度和分布直接影响着湖泊的水质和营养状况。

六、硅的地球化学特征硅是水生生物生长的重要元素之一，尤其在硅藻等水生植物的生长中具有重要作用。

在内蒙古高原湖泊中，硅的来源主要是河流输入和岩石风化。

第38卷第5期Vol．38No．5水㊀资㊀源㊀保㊀护Water Resources Protection2022年9月Sep.2022㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(41901022);新疆维吾尔自治区区域协同创新专项(上海合作组织科技伙伴计划及国际科技合作计划)(2019E01005);新疆维吾尔自治区创新环境建设专项天山青年计划(2019Q038)作者简介:孙从建(1986 ),男,教授,博士,主要从事同位素水文学研究㊂E-mail:suncongjian@DOI :10．3880/j.issn．10046933．2022．05．016．中亚高山区云下与地表降水氢氧稳定同位素时空分布特征及其水汽来源分析孙从建1,周思捷1,陈亚宁2,陈㊀伟1,乔㊀鹏1(1.山西师范大学地理科学学院,山西太原㊀030031;2.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐㊀830011)摘要:基于中亚高山区7个站点的降水稳定同位素观测数据,利用Stewart 雨滴蒸发模型及HYSPLIT 模型,分析了云下与地表降水稳定同位素的时空分布特征及其与气象因子㊁地理环境和水汽来源之间的关系㊂结果表明:研究区地表与云下降水的δ2H 和δ18O 均表现出明显的季节波动,春夏富集,秋冬贫化;氘盈余则呈现相反的季节变化趋势;云下大气降水线斜率和截距均大于地表大气降水线,说明地表大气降水线受蒸发影响更显著;云下与地表降水的δ2H ㊁δ18O 和高程呈显著的负相关关系,而地表氘盈余呈现反高程效应;云下与地表降水δ18O 与温度呈正相关关系,氘盈余与温度呈负相关关系,而降水量效应在云下与地表降水中均不显著;水汽输送轨迹显示,夏半年水汽主要源自西伯利亚大陆气团及局地再蒸发水汽,冬半年水汽主要源自西风带输送的北大西洋水汽,且在西风控制下的氘盈余值显著偏高㊂关键词:氢氧稳定同位素;降水线;水汽来源;雨滴蒸发模型;后向轨迹追踪模型;中亚高山区中图分类号:P426㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:10046933(2022)05011111Spatiotemporal distribution and water vapor sources of stable isotopes of hydrogen and oxygen in below-cloud and surface precipitation in alpine region in Central Asia ʊSUN Congjian 1,ZHOU Sijie 1,CHEN Yaning 2,CHEN Wei 1,QIAO Peng 1(1.School of Geographical Sciences ,Shanxi Normal University ,Taiyuan 030031,China ;2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography ,Chinese Academy of Sciences ,Urumqi 830011,China )Abstract :Based on the observation data of stable isotopes in precipitation at seven stations in the alpine region in CentralAsia,this paper uses the Stewart raindrop evaporation model and the hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory (HYSPLIT)model to analyze the spatiotemporal distribution characteristics of stable isotopes in below-cloud and surface precipitation,and their relationships with meteorological factors,the geographical environment,and water vapor sources.The results show that δ2H and δ18O in below-cloud and surface precipitation in the study area show significant seasonal fluctuations:enrich in spring and summer,and deficient in autumn and winter.The deuterium excess (d-excess)shows an opposite seasonal variation trend.The slope and intercept of the below-cloud atmospheric precipitation line are larger than those of the surface precipitation line,indicating that the surface precipitation line is more significantly affected by evaporation.There is a significant negative correlation of δ2H and δ18O in the below-cloud and surface precipitation with elevation,while surface d-excess shows an inverse elevation effect.δ18O in the below-cloud and surface precipitation are positively correlated with temperature,and d-excess is negatively correlated with temperature,while the precipitation effect is not significant in below-cloud and surface precipitation.The water vapor transport trajectory shows that the water vapor in the summer half year mainly comes from the Siberian continental air mass and local re-evaporation water vapor,and the water vapor in the winter half year mainly comes from the North Atlantic water vapor transported by the westerly belt,and the d-excess value is significantly higher under the control of the westerlies.Key words :stable isotopes of hydrogen and oxygen;precipitation line;water vapor source;raindrop evaporation model;backward trajectory tracking model;alpine region in Central Asia㊃111㊃㊀㊀大气降水作为区域水资源的原始补给,是区域水循环过程的重要输入因子和关键环节,降水中氢氧稳定同位素是大气降水的重要组成部分,能敏感地响应环境变化[1-2],是定量研究水循环过程的重要示踪剂[3-5]㊂中亚地区水资源匮乏,大气降水的变化直接决定了区域水资源的时空分布特征,合理认识降水稳定同位素对研究水资源的时空分布㊁优化配置水资源㊁保护生态都具有十分重要的意义㊂大气降水由于在形成㊁凝结和降落过程中会受到不同程度的分馏过程影响,使得降水稳定同位素组成表现出时空差异性[6],而云下与地表降水稳定同位素由于区域气候环境的影响也具有显著差异,挖掘降水中蕴含的氢氧稳定同位素信息,探讨云下与地表降水中的氢氧稳定同位素的差异,可以更好地揭示在不同水汽来源地与输送路径影响下的中亚高山区氢氧稳定同位素的时空变化特征㊂降水稳定同位素由于温度效应㊁降水量效应㊁高程效应㊁水汽来源及降水二次蒸发等因素的影响,往往表现出显著的时空差异,因此被广泛用于水汽来源的示踪与古环境的反演[7]㊂相较于地表降水,云下降水更能反映降水水汽来源的信息㊂近年来,地理工作者对降水稳定同位素的研究多基于不同区域地表降水的长期观测,而云下降水的研究相对较少,地表和云下降水的对比研究也相对匮乏㊂车存伟等[8]探讨了黄河流域的云下二次蒸发与各气象要素间的关系㊂在地表观测方面,靳晓刚等[9]通过计算发现黄河流域全年都存在二次蒸发现象,在夏季风盛行期间最为明显,其中温度对二次蒸发影响最大,海拔对其影响最小;曾帝等[10]在分析西北干旱区降水稳定同位素时发现,温度是其主要控制因素,部分区域夏季存在降水量效应,水汽来源主要是西风输送,但也会受到季风和极地气团的影响;李广等[11]在云南腾冲地区研究发现,在季风环流影响下,腾冲地区降水中δ18O值的变化不一定遵循降水量效应㊂而在高空水汽研究方面,任行阔等[12]通过对青藏高原西北部慕士塔格地区大气水汽稳定同位素的研究发现,湿度和温度对大气水汽中的δ18O影响显著,且湿度的影响更显著㊂上述的研究丰富了区域降水稳定同位素的认知,但针对气候环境恶劣㊁人烟稀少的亚洲高山地区的相关研究较为匮乏㊂中亚高山区深居内陆,气候干旱,降水自云下降落到地表的过程中受局地环境(气象因素㊁地理位置㊁二次蒸发㊁水汽来源)影响显著,降水中的过量氘很大程度上受到云下不饱和空气蒸发的影响,且地表降水稳定同位素并不能完全反映该区域降水的原始水汽来源信息[13],需分析云下降水稳定同位素的时空分布特征,才能更好地认识区域水循环过程㊂而中亚高山区由于野外采集条件恶劣,区域降水稳定同位素的观测以及相关研究较为匮乏,该区域作为 亚洲水塔 [14],是周边地区重要的原始水源补给,研究其降水来源对认识我国的水循环过程和科学合理利用水资源具有重要意义[15]㊂本文在变化环境下基于中亚高山地区4个区域(中天山㊁西天山㊁喀喇昆仑山㊁西喜马拉雅山)7个降水站点(Kargil站㊁西合休站㊁沙曼站㊁江卡站㊁沙里桂兰克站㊁巴音布鲁克站㊁黄水沟站)的降水稳定同位素观测数据,利用Stewart雨滴蒸发模型计算云下降水氢氧稳定同位素,借助HYSPLIT(hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory)模型分析区域的水汽来源,揭示中亚高山地区的云下及地表降水稳定同位素时空分布特征及其与环境要素和水汽来源的关系㊂1　研究区概况与研究数据中亚高山区位于亚欧大陆中南部,地处26ʎ40ᶄN~ 45ʎ20ᶄN㊁67ʎ20ᶄE~88ʎ20ᶄE之间,北有天山,南有喀喇昆仑山和喜马拉雅山,是亚洲中部山系最发育地区之一,地势东高西低,地形以山地与高原为主,山脉与盆地相间分布[16]㊂研究区太阳辐射强,温度高,蒸发旺盛,降水稀少,极其干燥,全年冬冷夏热,气温年较差与日较差大,属温带大陆性气候,区域内的河流多为内陆河,东南缘青藏高原阻隔印度洋㊁太平洋的暖湿气流,海洋气流势力大大削弱,雨水稀少㊂根据区域环境特征将研究区分为中天山㊁西天山㊁喀喇昆仑山和西喜马拉雅山4大区域(图1),并选取西喜马拉雅山的Kargil站,喀喇昆仑山的西合休站㊁沙曼站㊁江卡站,西天山的沙里桂兰克站以及中天山的巴音布鲁克站与黄水沟站7个站为代表性样点[17]㊂其中西合休站㊁沙曼站㊁江卡站㊁沙里桂兰克站㊁巴音布鲁克站及黄水沟站分别在当地水文站开展地表降水的观测,具体信息见表1㊂地表降水的样品以次降水事件为单位开展,以不锈钢分体式雨量计收集,待降雨结束,将雨量筒中的雨水存入10mL的冻存管中,备份一个,并编号记录降雨的起止时间㊁实时降水量㊁温度㊁相对湿度等气象要素[18-20],野外由于条件限制可将采集的样品放入便携冰箱中,避免水样产生分馏,带回实验室迅速使用Parafilm封口膜密封并低温冷藏保存㊂实测样品的室内分析主要在中国科学院荒漠与绿洲生态㊃211㊃表1㊀主要站点的相关信息Table1㊀Information of main sampling sites区域站点位置高程/m样本数/个温度/ħ降水量/mm相对湿度/%研究时段西喜马拉雅山Kargil(76．13ʎE,34．55ʎN)3000360．1112．941．22015年喀喇昆仑山西合休(76．68ʎE,36．98ʎN)2960279．073．549．22013 2014年沙曼(75．70ʎE,38．94ʎN)2004194．665．940．52013年江卡(77．25ʎE,37．73ʎN)15034310．7㊀42．047．12013 2014年西天山沙里桂兰克(78．54ʎE,40．94ʎN)196059㊀7．12310．6㊀51．42013 2014年中天山巴音布鲁克(86．13ʎE,43．01ʎN)250026-4．2㊀㊀285．9㊀45．82013 2014年黄水沟(86．34ʎE,42．45ʎN)148027㊀1．8280．7㊀37．22013 2014年㊀㊀图1㊀研究区与采样点分布Fig.1㊀Study area and sampling stations国家重点实验室进行,利用Los Gatos Research公司生产的LWIA-V2(DLT-100)液态氢氧同位素分析仪对样品进行测定,δ2H和δ18O的测量误差均不超过ʃ1ɢ和ʃ0．3ɢ[19],测量所得结果采用维也纳平均海洋水(V-SMOW)的千分差表示:δsample=R sample-R standardR standardˑ1000ɢ(1)式中R sample㊁R standard分别为降水样品和V-SMOW中重同位素与轻同位素绝对丰度之比,即同位素比率㊂2㊀研究方法2．1㊀云下降水的估算云下降水的氢氧稳定同位素δ2H c(δ18O c)可由地表的降水稳定同位素δ2H g(δ18O g)减去地表与云下降水稳定同位素差值Δδ2H(Δδ18O)得到,其中地表与云下降水的稳定同位素差值用Stewart雨滴蒸发模型估算,Δδ2H和Δδ18O[21-25]的计算公式如下:Δδ2H=(1-2γ2α)(f2β-1)(2)Δδ18O=(1-18γ18α)(f18β-1)(3)式中:2α㊁18α分别为氢和氧同位素的平衡分馏参数[25-26];f为雨滴剩余比,即雨滴降落过程中经历云下二次蒸发后,剩余的质量占雨滴降落时质量的百分比[13]㊂参数2γ㊁18γ㊁2β和18β的计算公式[21]如下:2γ=2αH R1-2α(2D/2Dᶄ)n(1-H R)(4)18γ=18αH R1-18α(18D/18Dᶄ)n(1-H R)(5)2β=1-2α(2D/2Dᶄ)n(1-H R)2α(2D/2Dᶄ)n(1-H R)(6)18β=1-18α(18D/18Dᶄ)n(1-H R)18α(18D/18Dᶄ)n(1-H R)(7)式中:H R为相对湿度;D㊁Dᶄ分别为1H2H16O和1H1H18O在空气中的扩散常数,根据Stewart[21]的研究可知,2D/2Dᶄ和18D/18Dᶄ分别为1．024和1．0289;n为0．58[25]㊂在本研究中,参数f可以通过下式计算得到:f=P gP g+P e(8)式中:P g为地面降水量,mm;P e为蒸发掉的降水量, mm,其公式为P e=et(9)式中:e为雨滴蒸发速率(单位时间蒸发的水的质量);t为云底下降到地面的时间,可用下式计算:t=H c-gV drop(10)式中:H c-g为云底到地面的高度,m;V drop为降水雨滴的降落速度,m/s,根据孔彦龙[22]的研究,干旱高山区降水的V drop可由下式计算[22,26]:V drop=9．58e0．0354H c-g[1-1．147e-(R/1．77)](11)式中R为雨滴直径,mm㊂式(9)中蒸发速率e由两部分组成,即e=A1T,R()A2T,H R(),其中A1是环境温度T和雨滴直径R的函数,cm;A2是环境温度T和相对湿度H R的㊃311㊃函数,g/(cm㊃s)㊂根据周苏娥等[24-25]的研究,A1和A2的值因具体情况而异㊂本文采用双线性插值方法获取每个采样事件在特定气象条件下的A1和A2,计算公式为A1=(-0．2445T+131．28)(0．2r)ˑ1．6139(12) A2=(-0．73H R+0．7264)e(-0．002H R+0．0371)T㊀(13)计算结果中雨滴蒸发速率的最终单位为g/s,根据孔彦龙[22]研究的经验公式(干旱区1mm降水质量约为1000g)换算成单位mm/s代入式(8)中求解雨滴剩余比f㊂2．2㊀HYSPLIT模型HYSPLIT模型是由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)空气资源实验室和澳大利亚气象局联合研发的一种用于分析大气污染物输送及扩散轨迹的模型㊂该模型可以实现对到达研究终点之前的轨迹路径的模拟[27-29],近年来被广泛应用于降水水汽来源及水汽输送路径的研究㊂结合美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Centers for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)提供的全球再分析资料对研究时段内发生的降水的气团后向轨迹进行模拟和聚类分析,其中HYSPLIT模型的空间精度为2．5ʎˑ2．5ʎ,模型运行的时间步长为6h,由于亚洲高山海拔都在2000m以上,运行高度选择3000m(700hPa),追踪时长为120h,模型输出的结果为降水前5d内水汽的输送路径以及沿途的空气比湿变化[30]㊂3㊀结果与分析3．1㊀地表降水的稳定同位素时空变化特征研究区地表降水稳定同位素季节变化明显,呈现夏半年富集㊁冬半年贫化的特点(图2和图3)㊂7个站点中除Kargil站外,其余站点地表降水的δ2H㊁δ18O变化趋势较为相似,大致呈现1 7月波动上升㊁8 12月波动下降的趋势㊂研究区地表降水δ2H值介于-182．66ɢ~-10．60ɢ之间,均值为-88．47ɢ;δ18O值介于-25．93ɢ~6．25ɢ之间,均值为-11．91ɢ;可以发现研究区δ2H㊁δ18O均值与郑淑蕙等[31]研究发现的我国大气降水中δ2H㊁δ18O 均值(分别为-50ɢ和-8ɢ)相差较大,远远低于全国平均值㊂中亚高山地区主要受控于西风水汽的输送[32],西风带输送的水汽经过长距离的输送导致水汽中的δ2H和δ18O等重同位素沿途不断地随降水消耗,到达研究区的地表降水δ2H㊁δ18O值更加偏负,这可能是该区域降水稳定同位素低于全国的主要原因㊂对比4个区域,西天山的地表降水稳定同位素变化范围较大,1 8月呈上升趋势,9 11月呈下降趋势,最大值和最小值分别出现在8月和11月㊂在中天山地区,黄水沟站的地表降水稳定同位素变化范围较小,4 6月呈上升趋势,7 12月呈下降趋势,最大值和最小值分别出现在7月和12月㊂Kargil站的地表降水的稳定同位素与其余站点不同,在8月呈现最小值,这可能与其水汽来源有关,该站点处于西喜马拉雅山山谷,水汽受印度洋影响较严重㊂(a)Kargil㊀(b)西合休㊀(c)沙曼㊀(d)江卡(e)沙里桂兰克㊀(f)巴音布鲁克㊀(g)黄水沟㊀(h)研究区图2㊀云下和地表降水δ2H随时间的变化Fig.2㊀Temporal variation ofδ2H in below-cloud and surface precipitation㊃411㊃(a)Kargil㊀(b)西合休㊀(c)沙曼㊀(d)江卡(e)沙里桂兰克㊀(f)巴音布鲁克㊀(g)黄水沟㊀(h)研究区图3㊀云下和地表降水δ18O 随时间的变化Fig.3㊀Temporal variation of δ18O in below-cloud and surface precipitation㊀㊀氘盈余(d-excess)是普遍被用来示踪水汽来源的重要综合环境因素指标[33-35]㊂研究区地表降水d-excess 值(图4)整体上呈现夏低冬高的趋势,变化范围为9．63ɢ~24．75ɢ,均值为14．84ɢ,最大值和最小值分别出现在12月和8月㊂该区域地表降水中年均d-excess 值高于10ɢ,表明该地区降水受到较为强烈的蒸发影响,云下二次蒸发会导致d-excess 值发生显著变化㊂空间分布上,中亚高山区地表降水中δ2H㊁δ18O 整体上呈现自南向北的减少趋势,以年均值为例,巴音布鲁克站δ2H㊁δ18O 值最低,分别为-98．26ɢ和-15．19ɢ;黄水沟站δ2H㊁δ18O 值最高,分别为-66．38ɢ和-10．09ɢ,年均值的变化趋势表明该区域高山地表降水稳定同位素具有较为明显的纬度效应㊂对比不同季节发现,夏季该区域空间差异较为显著,其中江卡站降水稳定同位素呈现显著的富集效应,而地处河谷区的Kargil 站最低㊂这表明,特殊的地形环境以及局地气候对于中亚高山区地表降水的稳定同位素影响极其显著㊂(a)Kargil㊀(b)西合休㊀(c)沙曼㊀(d)江卡(e)沙里桂兰克㊀(f)巴音布鲁克㊀(g)黄水沟㊀(h)研究区图4㊀云下和地表降水d-excess 随时间的变化Fig.4㊀Temporal variation of d-excess values of below-cloud and surface precipitation㊃511㊃3．2㊀云下降水的稳定同位素时空变化特征降水是水循环过程的一个重要环节,雨滴从云下降落到地面的过程中,受到不饱和大气压的影响发生非平衡分馏,进而影响同位素的比率,因此明确云下降水中δ2H和δ18O的变化特征对研究本区域水循环具有重要意义[36]㊂研究区云下降水稳定同位素季节变化趋势与地表降水稳定同位素较为相似,即1 8月上升,9 12月下降,呈现夏半年富集㊁冬半年贫化的特点㊂全区云下降水中δ2H值介于-185．20ɢ~-9．97ɢ之间,均值为-90．80ɢ;δ18O值介于-28．72ɢ~ -4．36ɢ之间,均值为-15．03ɢ,与地表降水稳定同位素相比,δ2H值和δ18O值均减小,说明雨滴自云下降落到地表的过程中,区域云下二次蒸发作用导致地表降水δ2H和δ18O富集㊂研究区内除Kargil 站以外的6个站点的云下降水稳定同位素变化趋势相似,处于西喜马拉雅山的Kargil站在8月云下δ2H 和δ18O发生骤降,δ2H降为-91．81ɢ,δ18O降为-13．12ɢ,与地表δ2H(-91．66ɢ)和δ18O (-12．85ɢ)相比,差距较小,表明该站点8月集中降水时受到了不同水汽来源的影响㊂对比云下与地表降水中d-excess值(图4)发现,研究区云下降水中d-excess值在12月达到最高值为44．54ɢ,5月达到最低值为18．67ɢ,全年d-excess均值为25．71ɢ;云下降水d-excess值年内整体为冬季高而夏季低,这可能与水汽来源输送具有一定关系,冬夏间d-excess值的显著变化表明该区域年内水汽来源较为复杂㊂与地表d-excess年均值(14．84ɢ)相比,云下降水中d-excess值偏高,很有可能是因为云下水汽气团相对湿度较大且雨滴自云下降落到地面的过程中发生了强烈的二次蒸发,致使到达地表的d-excess值大幅降低㊂3．3㊀云下与地表大气降水线大气降水线可揭示大气降水中δ2H和δ18O之间的线性关系,由于不同地区降水的气象条件㊁地形因素㊁季节变化和水汽来源的不同,大气降水中的同位素分馏会存在差异,因此各地的大气降水线都具有不同的斜率和截距,大气降水线的斜率代表δ2H 和δ18O的分馏速率对比关系,截距代表氘对平衡状态的偏离程度[35]㊂对中亚高山区及其7个站点的δ2H和δ18O进行一元线性回归分析,拟合得到局地大气降水线(图5)㊂根据地表降水中δ2H和δ18O同位素数据,用最小二乘法得到中亚高山区的地表降水线方程为δ2H =7．46δ18O+7．45㊂该方程与Craig[36]提出的全球大气降水线方程(以下简称GMWL)δ2H=8δ18O+ 10及中国大气降水线方程δ2H=7．9δ18O+8．2[31]相比,其斜率和截距都偏低,造成这种差异的原因可能是该地区深居内陆,远离海洋,气候干燥,降水过程受到蒸发作用,引起同位素不平衡分馏[37]㊂研究区云下降水线方程为δ2H=7．56δ18O+25．01,与地表降水线相比斜率和截距都偏高,反映出雨滴降落过程中云下氢氧稳定同位素的不平衡分馏效应较弱且大气湿度高于地表氢氧稳定同位素㊂对比发现各区域大气降水线呈现显著空间差异(图5)㊂西喜马拉雅山的Kargil站以及中天山的巴音布鲁克站㊁黄水沟站的云下和地表大气降水线截距都显著低于8,表明这些区域的云下和地表的降水(a)Kargil(b)西合休(c)沙曼(d)江卡(e)沙里桂兰克(f)巴音布鲁克(g)黄水沟(h)研究区图5㊀地表与云下降水的大气降水线Fig.5㊀Local meteoric water lines of below-cloud and surface precipitation㊃611㊃稳定同位素普遍受到蒸发的影响,降水线体现显著的干旱影响特征,而西天山的沙里桂兰克站云下和地表大气降水线斜率差异显著,表明这一区域云下降水降落过程中蒸发对雨滴影响显著㊂位于喀喇昆仑山的西合休站和沙曼站的地表降水线的斜率和截距均高于GMWL,这两个站点位于海拔较高的山谷,局地蒸发的水汽(稳定同位素较贫化)对区域降水影响较大,使得该区域的大气降水线方程的斜率和截距都偏高㊂喀喇昆仑山3个站点的云下降水线的截距均大幅高于GMWL,该区域降水时云下氢氧稳定同位素分馏偏离平衡,d-excess 值显著增加,导致云下降水线截距较高㊂表2㊀地表降水δ18O ㊁d-excess 值与气象控制因子的关系Table 2㊀Relationships of δ18O and d-excess values of surface precipitation with meteorological controlling factors站点δ18O -T δ18O -Pδ18O -H Rd-TS /(ɢ㊃ħ-1)R 2S /(ɢ㊃mm -1)R 2S /(ɢ㊃%-1)R 2S /(ɢ㊃ħ-1)R 2Kargil 0．180．62∗-0．040．110．010．01-0．390．83∗∗西合休1．230．70∗∗-1．810．10-0．110．120．750．29沙曼0．370．26-0．350．020．140．40-1．170．23江卡0．780．56∗-0．560．29-0．110．12-0．610．11沙里桂兰克0．640．63∗0．480．05-0．180．02-0．420.20巴音布鲁克0．640．92∗∗0．220．360．810．56∗-0．840．41∗黄水沟0．730．44∗-0．090．010．110．01-0．720．10㊀㊀注:S 为斜率;d 为d-excess 值;∗∗表示通过1%的显著性水平检验;∗表示通过5%的显著性水平检验㊂4㊀讨㊀论4．1㊀气象因素与氢氧稳定同位素的相互关系气象因素㊁地理位置㊁水汽来源被证明对区域降水稳定同位素具有显著的影响,其中气象因素由于直接影响稳定同位素的分馏过程,是降水稳定同位素变化最重要的影响因子㊂众多研究者基于气象因素与区域降水稳定同位素变化间的关系开展了相关研究,如:张百娟等[32]研究祁连山降水稳定同位素时发现其温度效应显著,即温度每升高1ħ,δ18O 增加0．64ɢ;周海等[38]基于河西走廊降水稳定同位素的研究发现该区域降水δ18O 变化具有显著的季节变化特征,与温度呈正相关关系㊂本文基于中亚高山区地表降水稳定同位素的观测资料发现,该区大气降水中的氢氧稳定同位素与温度亦存在较为明显的正相关关系,即气温越低,降水氢氧稳定同位素的分馏越大,大气降水的δ18O 值越低㊂如表2所示,中亚高山区中除沙曼站和黄水沟站外,气温均与δ18O 呈正相关,且R 2>0．5,说明具有显著的温度效应,其中喀喇昆仑山区的西合休站斜率最大,西喜马拉雅山的Kargil 站斜率最小,说明西合休站降水δ18O 与温度波动的关系最为显著,而Kargil 站的温度效应不明显,表明这一地区受大陆气团的控制较弱㊂降水量的变化对区域大气降水稳定同位素的变化具有一定影响[39],通过对比7个站点降水δ18O 与降水量的关系发现研究区所有站点降水δ18O 与降水量的关系并不明显,Kargil 站㊁西合休站㊁沙曼站㊁江卡站㊁黄水沟站的降水δ18O 与降水量呈现低的负相关关系,沙里桂兰克站㊁巴音布鲁克站的降水δ18O 与降水量呈现低的正相关关系,这主要是因为中亚高山区深居内陆,距海遥远,海拔较高,大陆性气候显著,气候干旱,受季风影响较小,降水量效应表现不明显㊂4．2㊀位置因素与氢氧稳定同位素的相互关系如图6所示,中亚高山区地表降水δ2H 和δ18O与高程呈现出较显著的线性关系,δ2H 和δ18O 随海拔的增加逐渐降低,且R 2>0．5,地表δ2H 与高程E ㊀㊀(a)δ2H(b)δ18O(c)d-excess图6㊀地表和云下δ2H ㊁δ18O 和d-excess 的高程效应Fig.6㊀Relationship of altitude with δ2H ,δ18O ,and d-excess of surface and below-cloud precipitation㊃711㊃的关系式为:δ2H =-0．0307E +21．33,海拔每上升100m,地表同位素δ2H 值减小3．07ɢ㊂在水汽输送过程中,随着海拔的增加,降水中的重稳定同位素逐渐发生贫化,降水中的δ18O 值减少㊂地表的大气降水δ18O 具有显著的高程效应,其中海拔每升高100m,地表降水δ18O 值减少0．31ɢ,高于刘忠方等[40]计算的全国降水高程效应斜率(-0．16ɢ),表明中亚高山区地表降水δ18O 值受高程影响更大,高程效应更显著㊂中亚高山区地表大气降水同位素d-excess 值与高程间的相互关系并不显著,d-excess 值的变化可能与当地水汽来源间的关系更为显著㊂(a)1月㊀(b)2月㊀(c)3月(d)4月㊀(e)5月㊀(f)6月(g)7月㊀(h)8月㊀(i)9月(j)10月㊀(k)11月㊀(l)12月图7㊀气团后向轨迹聚类Fig.7㊀Backward trajectory clustering of air mass4．3㊀水汽来源与氢氧稳定同位素的相互关系水汽是降水的重要物质组成,对区域降水稳定同位素的影响十分显著,分析研究水汽分布及其输送有利于进一步认识中亚高山区降水稳定同位素的时空分布特征㊂基于HYSPLIT 模型对研究区上空3000m 的水汽输送路径进行为期12月的模拟追踪(图7),模拟的结果是降水发生前120h 的水汽输送路径及水汽输送比例,括号外和括号内的数值分别代表水汽轨迹聚类后的路径数和路径占比㊂将中亚高山区分为中天山地区(以巴音布鲁克站为代表)㊁西天山地区(以沙里桂兰克站为代表)㊁喀喇昆仑山地区(以西合休站为代表)以及西喜马拉雅山地区(以Kargil 站为代表)4个地区从夏半年(4 10月)和冬半年(11月 次年3月)分别展开讨论㊂结果表明,夏半年西天山㊁中天山㊁喀喇昆仑山及西喜马拉雅山的水汽降水主要源自西风控制下中高纬度西伯利亚大陆气团,8 9月存在少有的西南方向的印㊃811㊃度洋水汽㊂而冬半年西天山㊁中天山㊁喀喇昆仑山及西喜马拉雅山的水汽来源相似,水汽主要源自西风带输送下的北大西洋水汽以及局地再循环水汽,同时在西喜马拉雅山发现有源自西南方向的印度洋水汽输送㊂1 4月研究区从西南部的西喜马拉雅山到中天山主要受单一气团西风带的控制,降水中δ18O值自西喜马拉雅山向中天山逐渐降低,降水中d-excess 值逐渐上升,1 4月平均值分别为25．41ɢ㊁21．29ɢ㊁22．34ɢ和19．90ɢ,d-excess值显著偏高㊂这一时期,该区主要受大陆气团控制,西风带输送的水汽经过远距离的输送,沿途蒸发作用不断消耗水汽,再加上气团本身内部水汽相对湿度较低,使得降水较少,降水中的d-excess值显著偏高㊂5月研究区除受西风影响外,中天山和西天山地区降水水汽源地还包括西伯利亚地区,水汽比例分别占当地的4．03%和5．65%;这一时期中天山地区云下降水中δ18O值为-9．36ɢ㊁d-excess值为28．80ɢ,西天山降水中δ18O值为-10．29ɢ㊁d-excess值为13．37ɢ㊂6 8月,西天山㊁中天山㊁喀喇昆仑山及西喜马拉雅山的水汽来源相似,降水的水汽输送来源主要有3条,分别是西方路径㊁西南路径和北方路径㊂西方路径中来自纬向西风输送的水汽对夏季降水贡献最大,主要经过东欧平原,翻越乌拉尔山脉,穿过哈萨克丘陵到达研究区,西方路径的水汽贡献占比最大;西南路径的水汽输送通道主要源自伊朗高原西北部的幼发拉底河和底格里斯河,经过里海㊁图兰低地到达研究区,西南路径的水汽贡献较大;来自北方路径的水汽输送通道自西西伯利亚平原东部的叶尼塞河且一路向南翻越哈萨克丘陵,经过巴尔喀什湖到达研究区,北方路径的水汽贡献占比最小㊂其中喀喇昆仑山除了西风带输送的水汽之外,局地再循环水汽的影响使其在8月降水中的δ18O值全年最高,达到0．93ɢ,说明近距离的局地再循环水汽由于水汽输送距离较短,水汽中重同位素的冲刷作用较小,导致降水中δ18O值较高㊂8月中天山的水汽源地较为复杂,但其降水水汽性质大都属于近距离的局地再循环水汽,较高的温度和较低的湿度使d-excess值显著降低,且低于全国均值10ɢ,仅有7．14ɢ㊂9月西喜马拉雅山约77．50%的水汽输送来自西南方向,22．50%的水汽输送源自印度洋,云下降水中δ18O值为-9．70ɢ,d-excess值为11．51ɢ,可以发现受区域强烈二次蒸发的影响降水呈现δ18O富集㊁d-excess值降低的特征[41]㊂10 12月研究区4个区域主要受西风控制,其中12月西天山d-excess值最低,为9．30ɢ,中天山d-excess值最高,达72．73ɢ,d-excess值较高说明其水汽主要源自湿润的海洋气团,温度较低,大气相对湿度高,沿途饱和大气压致使其蒸发作用较弱㊂5㊀结㊀论a.中亚高山区7个站点的地表和云下降水δ2H 和δ18O季节变化明显,主要表现为夏半年富集㊁冬半年贫化,冬半年d-excess值普遍大于夏半年, Kargil站云下与地表降水δ2H和δ18O差异最小,黄水沟站差异最大㊂b.中亚高山区云下与地表大气降水线斜率均小于8,表明研究区气候较为干旱,其中地表大气降水线的斜率最小,其次为云下大气降水线和GMWL 的斜率;地表大气降水线的截距最小,其次为GMWL和云下大气降水线的截距㊂c.中亚高山区地表和云下降水的δ2H和δ18O 具有明显的温度效应,降水δ18O与降水量关系不明显,地表降水δ2H和δ18O与高程具有明显的负相关关系㊂d.中亚高山区全年降水主要受西风带输送的北大西洋水汽及局地再循环水汽补充,印度洋水汽对西喜马拉雅山区降水具有一定的影响㊂参考文献:[1]李小飞,张明军,李亚举,等.西北干旱区降水中δ18O变化特征及其水汽输送[J].环境科学,2012,33(3): 711-719.(LI Xiaofei,ZHANG Mingjun,LI Yaju,et al.Characteristics ofδ18O in precipitation and moisturetransports over the arid region in Northwest China[J].Environmental Science,2012,33(3):711-719.(inChinese))[2]刘洁遥,张福平,冯起,等.西北地区降水稳定同位素的云下二次蒸发效应[J].应用生态学报,2018,29(5):1479-1488.(LIU Jieyao,ZHANG Fuping,FENGQi,et al.Influence of below-cloud secondary evaporationon stable isotope composition in precipitation in NorthwestChina[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2018,29(5):1479-1488.(in Chinese))[3]马兴刚,贾文雄,丁丹,等.祁连山东部大气降水δ17O变化特征及水汽输送[J].干旱区地理,2019,42(3): 517-525.(MA Xinggang,JIA Wenxiong,DING Dan,etal.Variation characteristics ofδ17O in precipitation andmoisture transports in eastern Qilian Mountains[J].AridLand Geography,2019,42(3):517-525.(in Chinese)) [4]汪集旸,陈建生,陆宝宏,等.同位素水文学的若干回顾与展望[J].河海大学学报(自然科学版),2015,43(5):406-413.(WANG Jiyang,CHEN Jiansheng,LUBaohong,et al.Review and prospect of isotope hydrology㊃911㊃。

拉萨河地区的大气降水同位素分布特征
宁爱凤;尹观;刘天仇
【期刊名称】《矿物岩石》
【年(卷),期】2000(20)3
【摘要】拉萨河地区的雨水方程为δD=7.2 δ1 8O+ 12 .36 ,表现出该地区为较强烈蒸发特征。

氢、氧同位素空间分布特征 :墨竹工卡以北,δD,δ1 8O东部高 ,西部低 ;墨竹工卡以南,δD,δ1 8O东部低 ,西部高。

这种区域性分布特征与孟加拉湾降水云气的形成、运移过程及拉萨河地区的自然环境。

【总页数】5页(P95-99)
【关键词】拉萨河;大气降水;同位素组成
【作者】宁爱凤;尹观;刘天仇
【作者单位】成都理工学院;西藏水文水资源局
【正文语种】中文
【中图分类】P597.2;P426.612
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5.西藏雅鲁藏布江中、下游地区大气降水同位素分布特征 [J], 王军;刘天仇;尹观因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境变化高分辨率冰芯记录耿志新;侯书贵;张东启;康世昌;孙希梅【期刊名称】《冰川冻土》【年(卷),期】2007(29)5【摘要】根据珠穆朗玛峰东侧东绒布冰川海拔6450 m处长度为80.36 m的冰芯1886个样品的δ18O与主要离子浓度资料,研究了1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境在季节及年际尺度上的变化特征.结果表明:δ18O与Na+、K+和Cl-相关不明显,与Ca2+、Mg2+、SO42-、NO3-和NH4+具有较强的相关性.据相关分析及因子分析的结果,可以把8种主要离子分成5组来研究,它们主要表现为:海盐离子Na+可反映印度夏季风强弱变化;K+和Cl-在一定程度上可以反映印度等南亚地区生物质燃烧量的变化;陆源Ca2+和Mg2+离子表现为春季的峰值和夏季的低值,冬春季高浓度的Ca2+和Mg2+可能主要来自南亚的塔尔沙漠,以及西亚的干燥少雨的高原地区,或更遥远的北非撒哈拉沙漠,同时,青藏高原本身也可能是一个重要的沙尘源区;NO3-和SO42-离子浓度表现出高频的季节变化特征,存在春季的峰值和夏季的低值,20世纪70年代初期至90年代初期,NO3-和SO42-离子浓度一直维持在较高的水平;NH4+浓度在20世纪40年代以来的大幅度上升可能是世界大战后,社会趋于稳定,南亚地区农业迅速发展而大量使用化学肥料的结果.【总页数】10页(P694-703)【关键词】珠穆朗玛峰;冰芯;δ^18O;离子记录;因子分析【作者】耿志新;侯书贵;张东启;康世昌;孙希梅【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室;山东省桓台第一中学【正文语种】中文【中图分类】P343.6【相关文献】1.珠穆朗玛峰地区近200年冰芯草酸根记录及其环境意义 [J], 康世昌;Mayew.,P2.陕西定边地区2400cal.aB.P.以来高分辨率的花粉记录及环境变化 [J], 蒙红卫;马玉贞;王维;桑艳礼3.中国天山过去43年大气环境变化:来自冰芯草酸根记录的证据 [J], 李心清;秦大河;蒋倩;江伟;焦克勤4.工业革命以来青藏高原与南极冰芯高分辨率甲烷记录对比研究 [J], 徐柏青;姚檀栋;ChappellazJ.5.1954年以来珠穆朗玛峰地区两支冰芯记录的对比分析 [J], 侯书贵;张东启因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。