發(fā)布時間：2021-07-05 20:28

　　為了了解干旱內(nèi)陸河流域降水穩(wěn)定同位素變化過程及其影響因素,基于石羊河流域荒漠區(qū)、綠洲區(qū)和山區(qū)8個站點2013年7月至2014年7月,497個降水樣品氫氧穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)及相應(yīng)氣象數(shù)據(jù),研究了石羊河流域降水穩(wěn)定同位素的時空變化、環(huán)境效應(yīng)以及降水水汽來源.結(jié)果顯示:石羊河流域局地大氣水線斜率和截距表現(xiàn)出夏低冬高的變化趨勢;降水穩(wěn)定同位素表現(xiàn)出夏高冬低的變化趨勢,從荒漠區(qū)、綠洲區(qū)到山區(qū),穩(wěn)定同位素值隨海拔升高而降低,海拔效應(yīng)為-0.22‰/100m,這是溫度效應(yīng)的另一種體現(xiàn);流域降水穩(wěn)定同位素表現(xiàn)出顯著的溫度效應(yīng),溫度效應(yīng)為0.43‰/℃,在天氣尺度下受季風(fēng)水汽和降水淋洗過程的影響表現(xiàn)出降水量效應(yīng);流域降水來源主要受西風(fēng)水汽控制,夏季也會會受到季風(fēng)水汽影響,冬季也受到極地氣團影響. 

【文章來源】：中國環(huán)境科學(xué). 2020,40(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

石羊河流域及采樣點分布

2.1 局地大氣水線通過對石羊河流域2013年7月至2014年7月,8個站點采集的497個降水樣品進行計算,得出了石羊河流域大氣水線(圖2a).石羊河流域大氣水線斜率低于中國北方地區(qū)和黑河流域(表2),主要是受到干燥氣候以及云下二次蒸發(fā)的作用,但高于中國西北地區(qū)和烏魯木齊河流域的斜率與截距,反映了研究區(qū)降水受到了強烈局地再循環(huán)水汽的影響,導(dǎo)致局地大氣水線的斜率和截距升高.對比荒漠、綠洲、山區(qū)3條大氣水線(圖2b),發(fā)現(xiàn)大氣水線的斜率與截距表現(xiàn)出了明顯的隨海拔升高而增加的趨勢.隨著干旱作用的加強,雨滴受到的二次蒸發(fā)作用加強,大氣水線的斜率和截距降低.山區(qū)大氣水線斜率接近8,表明山區(qū)降水只受到了很少的云下二次蒸發(fā)的影響,同時截距大于10,過量氘處于高值區(qū),表明山區(qū)降水以西風(fēng)帶和局地再循環(huán)水汽為主[11,38].研究區(qū)大氣水線的斜率和截距,冬半年高于夏半年,高海拔地區(qū)高于低海拔地區(qū).隨著氣溫的升高,大氣水線的斜率和截距表現(xiàn)出下降的趨勢,在氣溫低于0℃時,斜率非常接近全球大氣水線的斜率.如表3,對比綠洲區(qū)和山區(qū)大氣水線可以發(fā)現(xiàn),綠洲區(qū)冬半年大氣水線的斜率與截距高于夏半年,而山區(qū)則相反,兩地區(qū)冬半年大氣水線斜率與截距較為接近,而夏半年具有較大差異,這主要是由于在冬半年較低溫度下,云下二次蒸發(fā)和局地再循環(huán)水汽對降水穩(wěn)定同位素的影響很小,而在夏半年,低海拔綠洲區(qū)更多受到云下二次蒸發(fā)的影響,使得降水穩(wěn)定同位素富集,大氣水線斜率和截距減小,而高海拔山區(qū)則更多地受到局地再循環(huán)水汽的影響,使得大氣水線的斜率和截距增大.斜率與截距隨海拔升高而增大的變化反映了低海拔區(qū)更多受云下二次蒸發(fā)的影響,高海拔區(qū)局地水汽再循環(huán)影響更強烈[24].

運用劉忠方[32]基于BW模型[33]建立的基于海拔(即溫度)和緯度的降水同位素景觀模擬模型計算了研究區(qū)降水δ18O的空間分布值(圖5),并將觀測值和模擬值的殘差進行反距離加權(quán)法進行空間插值,最后將模擬值與殘差空間插值相加最終得出研究區(qū)同位素景觀模擬.對模擬值和實測值分別用MBE(平均誤差)、MAE(平均標(biāo)準(zhǔn)誤差)和RMSE(均方根誤差)進行檢驗,分別為-0.02‰、0.52‰和0.70‰,說明該模型較好地模擬了研究區(qū)同位素空間分布的狀況.如圖5所示,δ18O的高值區(qū)主要分布在低海拔地區(qū),特別是民勤地區(qū),而低值主要分布在流域偏南部的祁連山區(qū),反映出降水穩(wěn)定同位素隨海拔和局地氣候狀況的變化.隨著海拔由低到高,δ18O年降水量加權(quán)平均值變化范圍為-2.44‰～-6.34‰,d-excess的變化范圍為7.57‰～17.25‰.無論夏半年與冬半年,δ18O值的空間變化趨勢都保持不變.夏半年δ18O值的變化范圍為-2.44‰～-5.18‰,冬半年δ18O值的變化范圍為-6.27‰～-12.74‰;夏半年d-excess的變化范圍為7.57‰～15.55‰,冬半年d-excess的變化范圍為8.58‰～19.38‰.這種變化特征也反映了研究區(qū)降水穩(wěn)定同位素的海拔效應(yīng).已有研究證實當(dāng)水汽沿著一定坡度抬升時,其穩(wěn)定同位素隨著海拔升高而降低[34],這其實是溫度效應(yīng)的體現(xiàn),隨著海拔升高,溫度逐漸降低,降水穩(wěn)定同位素偏負[35].

【參考文獻】：
期刊論文
[1]亞洲中部高山降水穩(wěn)定同位素空間分布特征[J]. 孫從建,張子宇,陳偉,李偉,陳若霞.  干旱區(qū)研究. 2019(01)
[2]干旱內(nèi)陸河流域降水穩(wěn)定同位素的時空特征及環(huán)境意義[J]. 袁瑞豐,李宗省,蔡玉琴,鄒海明.  環(huán)境科學(xué). 2019(05)
[3]Composition of stable isotope in precipitation and its influences by different vapor sources in the eastern Qilian Mountains[J]. JIA Wen-xiong,MA Xing-gang,XU Xiu-ting,YUAN Rui-feng,DING Dan,ZHU Guo-feng.  Journal of Mountain Science. 2018(10)
[4]敦煌盆地降水穩(wěn)定同位素特征及水汽來源[J]. 郭小燕,馮起,李宗省,郭瑞,賈冰.  中國沙漠. 2015(03)
[5]天山烏魯木齊河流域山區(qū)降水δ18O和δD特征及水汽來源分析[J]. 馮芳,李忠勤,金爽,馮起,劉蔚.  水科學(xué)進展. 2013(05)
[6]1975—2010年石羊河流域綠洲時空演變研究[J]. 文星,王濤,薛嫻,段翰晨,廖杰.  中國沙漠. 2013(02)
[7]烏魯木齊大氣降水穩(wěn)定同位素與水汽來源關(guān)系研究[J]. 侯典炯,秦翔,吳錦奎,杜文濤.  干旱區(qū)資源與環(huán)境. 2011(10)
[8]石羊河流域徑流特征分析[J]. 鐘秀玲.  甘肅水利水電技術(shù). 2011(04)
[9]Effect of permafrost degradation on hydrological processes in typical basins with various permafrost coverage in Western China[J]. NIU Li 1,YE BaiSheng 1,LI Jing 2 & SHENG Yu 2 1 State Key Laboratory of Cryospheric Sciences,Cold & Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;2 State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering,Cold & Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China.  Science China（Earth Sciences）. 2011(04)
[10]Isotopic evidence for the moisture origin and composition of surface runoff in the headwaters of the Heihe River basin[J]. ZHAO LiangJu1,2,3,YIN Li1,XIAO HongLang1,CHENG GuoDong2,ZHOU MaoXian1, YANG YongGang1,LI CaiZhi1 & ZHOU Jian2 1 Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;2 State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;3 Heihe Upstream Watershed Ecology-Hydrology Experimental Research Station,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China.  Chinese Science Bulletin. 2011(Z1)



本文編號：3266770