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1、第22卷第8期干旱区资源与环境Vo.l22No.82008年8月JournalofAridLandResourcesandEnvironmentAug.2008文章编号:1003-7578(2008)08-076-06*西部降水氢氧稳定同位素温度及地理效应1,221黄天明,聂中青,袁利娟(1.中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029;2.兰州大学资源环境学院,兰州,730000)提要:本文基于IAEA和WMO建立的GNIP网降水资料,得出中国西部地区大气降水218线方
2、程(LMWL)为H=7.56O+5.05(VSMOW)。分析了降水中氢氧稳定同位素温度182效应、地理效应,确定了降水中O和H与月平均气温、降水量、海拔高度、纬度的相关关181418系。根据张掖站降水O与温度之间的相关关系和民勤地下水C年龄和O特征,初步重建了晚更新世以来民勤盆地地下水补给温度,并与惰性气体补给温度(NGT)进行了比较,其相关系数为0.65,晚更新世地下水的补给温度(据-T关系)较大,可能是没有考虑降水量效应的缘故。关键词:大气降水线;同位素效应;惰性气体温度;地下水补
3、给温度+中图分类号:P426.612文献标识码:A同位素水文学是20世纪50年代发展起来的一门新兴学科,它主要利用同位素技术解决水文学中一182314368786些关键问题。从20世纪60年代开始,在世界范围内通过利用同位素技术(O,H,H,C,C,lSr/Sr,等),并结合水文地球化学方法广泛开展地下水调查,取得了许多突破性成果。特别是氢氧稳定同位素可以提供水分子本身的信息,并结合水位、水化学和其他相关数据,将产生更可靠的区域地下水流概念模型,[1-3]218以促使有效的地下水资源管
4、理。如果用H和O来追踪地下水,那么降水中氢氧稳定同位素的研究显得十分重要。在同位素水文地质学中,全球降水线(GMWL)实质是全球许多区域大气降水线的平均值,每个区域大气降水线由区域气候因子包括水蒸气气团的起源、降水期间的二次蒸发和降水的季节变化等控制,这些因素影响着氘盈余和斜率。所以进行区域水文地质调查时,将地表水和地下水的资料与区域大气降[4]水线(LMWL)比较是非常重要的。在追踪干旱区地下水过程中,有必要先建立区域大气降水线(LMWL),并分析其温度与地理效应,同时根据建立的-温度关系和地下水
5、年龄及地下水中氧稳定同位素特征,确定不同补给期的补给温度。本文以石羊河下游民勤盆地为例,探索民勤盆地古地下水补给温度,并与惰性气体补给温度(Noblegasrechargetemperature,NGT)进行比较。数据收集国际原子能机构(IAEA)与世界气象组织(WMO)合作建立的全球降水同位素网(GNIP)中与西部地区相关的气象站包头(样品时段1986-1991,数据数为52个)、和图1用于研究区域降水同位素特征的GNIP站点分布田(1988-1992,46)、兰州(1985-1999,39)、拉
6、萨(1986Fig.1TheGNIPsitesforprecipitation-1992,33)、乌鲁木齐(1986-2001,95)、西安(1985-isotopesanalysisinthewestofChina*收稿日期:2007-7-12。基金项目:国家自然科学基金(40672171,40671029);中科院知识创新工程重要方向项目(kzcx2-yw-127)资助。作者简介:黄天明(1982-)男,汉族,宁夏固原人,研究生,研究方向为同位素水文学和水文地球化学。E-mai:ltmhuang@
7、mai.liggcas.ac.cn第8期黄天明等西部降水氢氧稳定同位素温度及地理效应!77!1991,48)、银川(1988-2000,30)、张掖(1986-2001,56)、蒙古首都乌兰巴托(1991-2001,43)的降水资料(图1)。2降水氢氧稳定同位素效应2.1降水氢氧稳定同位素分馏降水过程中同位素演化主要由温度控制,产生降水的唯一途径是冷却水蒸气气团。冷却有两个途径:或者通过绝热膨胀,即热空气上升到较低压力区,或者通过辐射热下降。当经过露点时,水蒸气冷凝以保持热力学平衡,开始降水。空
8、气团从水蒸气源地向高纬度地区运行经过大陆,沿途不断的冷却产生降水,水蒸气不断减少,这就是降水的淋洗过程。沿着空气团的运行线路,降水过程不断将重同位素从水蒸气中182蒸馏出来。根据瑞利蒸馏,水蒸气中的O和H越来越少。随后形成的降水,尽管与残留水蒸气相比,同182位素富集,但与从同一云团早期形成的雨水相比,同位素还是减少了。温度与O-H的相互关系控制[4]降水在大气降水线的位置。从这个关系式可以推导出季节、纬度、大陆和古气候等同位素效应。182.2降水
