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石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

发布时间:2021-07-05 20:28
  为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示:石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响. 

【文章来源】:中国环境科学. 2020,40(11)北大核心EICSCD

【文章页数】:12 页

【部分图文】:

石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异


石羊河流域及采样点分布

水线,河流,截距,斜率


2.1 局地大气水线通过对石羊河流域2013年7月至2014年7月,8个站点采集的497个降水样品进行计算,得出了石羊河流域大气水线(图2a).石羊河流域大气水线斜率低于中国北方地区和黑河流域(表2),主要是受到干燥气候以及云下二次蒸发的作用,但高于中国西北地区和乌鲁木齐河流域的斜率与截距,反映了研究区降水受到了强烈局地再循环水汽的影响,导致局地大气水线的斜率和截距升高.对比荒漠、绿洲、山区3条大气水线(图2b),发现大气水线的斜率与截距表现出了明显的随海拔升高而增加的趋势.随着干旱作用的加强,雨滴受到的二次蒸发作用加强,大气水线的斜率和截距降低.山区大气水线斜率接近8,表明山区降水只受到了很少的云下二次蒸发的影响,同时截距大于10,过量氘处于高值区,表明山区降水以西风带和局地再循环水汽为主[11,38].研究区大气水线的斜率和截距,冬半年高于夏半年,高海拔地区高于低海拔地区.随着气温的升高,大气水线的斜率和截距表现出下降的趋势,在气温低于0℃时,斜率非常接近全球大气水线的斜率.如表3,对比绿洲区和山区大气水线可以发现,绿洲区冬半年大气水线的斜率与截距高于夏半年,而山区则相反,两地区冬半年大气水线斜率与截距较为接近,而夏半年具有较大差异,这主要是由于在冬半年较低温度下,云下二次蒸发和局地再循环水汽对降水稳定同位素的影响很小,而在夏半年,低海拔绿洲区更多受到云下二次蒸发的影响,使得降水稳定同位素富集,大气水线斜率和截距减小,而高海拔山区则更多地受到局地再循环水汽的影响,使得大气水线的斜率和截距增大.斜率与截距随海拔升高而增大的变化反映了低海拔区更多受云下二次蒸发的影响,高海拔区局地水汽再循环影响更强烈[24].

空间分布,河流,同位素,海拔


运用刘忠方[32]基于BW模型[33]建立的基于海拔(即温度)和纬度的降水同位素景观模拟模型计算了研究区降水δ18O的空间分布值(图5),并将观测值和模拟值的残差进行反距离加权法进行空间插值,最后将模拟值与残差空间插值相加最终得出研究区同位素景观模拟.对模拟值和实测值分别用MBE(平均误差)、MAE(平均标准误差)和RMSE(均方根误差)进行检验,分别为-0.02‰、0.52‰和0.70‰,说明该模型较好地模拟了研究区同位素空间分布的状况.如图5所示,δ18O的高值区主要分布在低海拔地区,特别是民勤地区,而低值主要分布在流域偏南部的祁连山区,反映出降水稳定同位素随海拔和局地气候状况的变化.随着海拔由低到高,δ18O年降水量加权平均值变化范围为-2.44‰~-6.34‰,d-excess的变化范围为7.57‰~17.25‰.无论夏半年与冬半年,δ18O值的空间变化趋势都保持不变.夏半年δ18O值的变化范围为-2.44‰~-5.18‰,冬半年δ18O值的变化范围为-6.27‰~-12.74‰;夏半年d-excess的变化范围为7.57‰~15.55‰,冬半年d-excess的变化范围为8.58‰~19.38‰.这种变化特征也反映了研究区降水稳定同位素的海拔效应.已有研究证实当水汽沿着一定坡度抬升时,其稳定同位素随着海拔升高而降低[34],这其实是温度效应的体现,随着海拔升高,温度逐渐降低,降水稳定同位素偏负[35].

【参考文献】:
期刊论文
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本文编号:3266770

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