洞庭湖流域水循環(huán)中穩(wěn)定同位素的變化特征及其影響機制研究.pdf

1、當(dāng)代，水穩(wěn)定同位素已成功應(yīng)用于水循環(huán)機理研究，如水汽來源、降雨徑流關(guān)系、干旱半干旱區(qū)的水資源評價、地表水與地下水的相互作用、地下水起源及測年、湖泊蒸發(fā)量及換水周期、水體污染物的來源、地?zé)豳Y源以及氣候變化和人類活動對水循環(huán)的影響。應(yīng)用氫氧穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)研究水循環(huán)機理時，有兩個必要前提:一是需了解參與水循環(huán)過程的不同水體中D和18O組成的變化特征，二是需揭示影響同位素變化的機制。
　　本文以洞庭湖流域作為研究區(qū)域，于2010至20

2、12年在流域內(nèi)多地進(jìn)行了降水事件、地表徑流（河水）以及地下徑流（井水、泉水）的長時間取樣，采用液態(tài)水同位素分析儀測定了上述水樣的氫、氧同位素，同時結(jié)合同期衛(wèi)星反演同位素資料以及模擬資料，對流域水循環(huán)過程不同水體（水汽、降水、地表徑流以及地下徑流）同位素的變化特征以及影響機制進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn):1)亞洲季風(fēng)區(qū)大氣水汽δD在夏季風(fēng)盛行期間明顯要高于冬季風(fēng)盛行期間，陸地上的這種變化要比海洋上明顯。2）流域內(nèi)降水同位素、過量氘具有明顯的季節(jié)變

3、化，表現(xiàn)出冬春高、夏秋低的特征。3）對日尺度上降水同位素與降水量、相對濕度、可降水量以及氣溫的關(guān)系統(tǒng)計表明，全年中，降水同位素表現(xiàn)出降水量效應(yīng)、濕度效應(yīng)以及反溫度效應(yīng)。另外，我們發(fā)現(xiàn)月尺度下降水同位素與上述氣象要素的相關(guān)性較日尺度都大幅下降。4）日尺度下水汽、降水中δD顯示冬春波動要大于夏秋。這可能受冬春較夏秋氣溫變化大，水汽來源復(fù)雜的影響。5）我們認(rèn)為降雪樣與降雨樣分別生成的大氣水線存在差異的原因不能完全歸于降雨過程中同位素云下二次蒸

4、發(fā)引起的同位素分餾較降雪明顯，還應(yīng)包括凝華、凝結(jié)過程中，凝華同位素分餾效應(yīng)比要大于凝結(jié)。6）通過2010、2011、2012年各年的夏季水汽通量與同期流域降水同位素的分析，我們看到當(dāng)西南季風(fēng)輸送的印度洋遠(yuǎn)源水汽較強時，流域內(nèi)降水同位素為低值，當(dāng)東南季風(fēng)輸送的太平洋近源水汽較強時，流域內(nèi)降水同位素為高值。這又一次驗證了環(huán)流效應(yīng)的可信性。7）通過比較GNIP長沙觀測站實測的，ECHAM4、GissE、MUGCM三個模式模擬的降水同位素，發(fā)現(xiàn)

5、三個模式模擬的降水δ18O、過量氘以及大氣水線的能力有著較大差異:MUGCM模擬月降水δ18O隨時間變化的效果最好，ECHAM4模擬大氣水線的效果最好，ECHAM4模擬過量氘的能力最強。8）流域內(nèi)河水、井水、泉水一年中變化幅度要比降水小許多。流域內(nèi)河水同位素表現(xiàn)出夏秋低、冬春高的季節(jié)變化特點，這與降水同位素的季節(jié)變化特點一致，這也從同位素角度證實了流域河流補給以降水為主。另外，埋藏深的井水同位素季節(jié)性變化非常小且富集明顯（長沙井水只是代