中国北方季风地区大气降水稳定同位素特征及影响因子

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1、分类号：P402学校代码：10697密级：公开学号：201520764硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION中国北方季风地区大气降水稳定同位素特征及影响因子学科名称：自然地理学作者:赵佩佩指导老师：张普副教授谭亮成研究员西北大学学位评定委员会二○一八年2StableIsotopicCharacteristicsandInfluencingFactorsinPrecipitationintheMonsoonRegionofNorthernChinaAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpart

2、ialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinPhysicalGeographyByPeipeiZhaoSupervisor:PuZhangAssociateProfessorLiangchengTanProfessorJune2018摘要摘要我国北方地区受季风影响大，季风的强度及位置的变化导致降水年际和年内变率大，降水的变化对该区生态环境有很大影响，且地质生物记录的氧同位素本质上是继承了降水δ18O的信息，因此深入研究该区降水稳定氢氧同位素变化特征和控制因素不仅能更深入了解现代水文循

3、环过程，还能为解释地质载体中氧同位素的指示意义，进而重建不同地区过去气候环境变化提供科学基础。本文基于中国北方季风地区（凤翔、宁武和沂源）2016-2017年一个完整的水文年场降水氢氧稳定同位素数据（δ18O、δD）和气象观测资料，结合IsoGSM模型和HYSPLIT4.9模型对三个地区降水同位素特征、降水线、不同时间尺度降水同位素和相关气象要素之间关系以及水汽来源进行了分析。结果表明：1）凤翔、宁武和沂源地区场降水δ18O和δD值在年内整体表现为湿季（6-9月）高于干季（10-5月）。三个地区场降水δ18O和δD最负值出现在季风结束后的10月

4、，可能与季风期降落在地面同位素贫化的降水有关。最正值出现在雨季到来之前的5月，可能是与温度较高，降水量小而蒸发量大有关，降水同位素值主要受控于二次蒸发。2）利用三个地区大气场降水同位素数据分别建立了当地全年大气降水线方程（LMWL）以及干湿季大气降水线方程，如凤翔大气降水线方程为：δD=7.05δ18O+3.24（r=0.944，n=49）；宁武大气降水线方程为：δD=6.88δ18O-1.31（r=0.972，n=52）；沂源大气降水线方程为：δD=7.58δ18O+4.17（r=0.952，n=50），三个地区降水线方程与全球降水线方程相比

5、，斜率和截距都偏小，揭示其降雨的水汽来源主要来自湿润的海洋地区。宁武和沂源干季的降水线的斜率和截距大于湿季的降水线的斜率和截距，可能与干湿季形成的水汽来源和降水过程中的动力分馏差异有关。发现沿渭南-西安-长武-凤翔一线，由东向西，LMWL的斜率和截距都在不断地减少，表明这些地点处于同一水汽路径上，在水汽输送过程中，淋洗作用使得降水同位素分馏程度加大。3）从天气尺度看，凤翔和宁武地区干季和场降水中的δ18O与温度之间都有显著的正相关关系，呈现出明显的温度效应。沂源地区全年、干季和湿季场降水中的δ18OI西北大学硕士论文与温度都没有显著关系，温度效

6、应不存在。从月平均来看，三个地区δ18O降水量月加权平均值变化趋势和当月均温度变化的关系并不明显，而在湿季时月加权降水δ18O平均值和降雨量的负相关关系都很明显，这种负关系和基于IsoGSM模拟结果一致，表现出明显的降雨量效应。在我国的北方季风区，季风降雨量要占超过全年雨量的80%。石笋氧同位素记录的通常是月、年、甚至多年加权平均的降水氧同位素信号。因此，来自北方季风区的石笋氧同位素记录能够反映当地年降水量的变化。4）三个地方干季d值偏正，与来自西风带水汽有关，而湿季降水中的d值偏负，与来自东部海洋和北部大陆水汽有关。5）进一步研究发现，在同一

7、水汽来源不变的情况下，连续降水会使场降水δ18O和δD值越来越负，即rainouteffect。关键词：北方季风地区；大气降水；稳定同位素（δ18O和δD）；大气降水线；水汽来源IIABSTRACTABSTRACTTheecologicalenvironmentofthenorthernmonsoonregionisfragileofChina,andtheclimatechangehasagreatinfluenceontheecologicalenvironmentoftheregion.Thestudyofthecharacteristi

8、csoftheoxygenisotopeandthecontrolfactorsoftherainfallinthisareacanbetterund