我国北方降水稳定同位素初步研究

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1、我国北方降水稳定同位素初步研究　　摘要：本文根据全球降水同位素观测网GNIP数据，参照全球大气降水同位素组成的赋存、分布规律，初步总结了北方地区大气降水稳定同位素背景值的基本分布特征和赋存、变化规律。得出了部分城市的雨水线和全国雨水线，讨论了影响降水同位素组成变化的相关因素；同时通过对北方地区部分城市的温度效应、纬度效应以及雨量效应进行分析，进一步得出影响北方降水稳定同位素的主要因素。关键词：北方地区；降水同位素；δD；δ18O中图分类号：P426.6文献标识码：A1、引言稳定同位素是自然水体中的重要组成部分，它们非常敏感地响应环境的

2、变化。降水是水循环过程中一个重要环节。不同地区大气降水中氢氧稳定同位素的组成是不同的。降水同位素的经典模式认为这种同位素值的差别是由于云团的冷凝遵循瑞利分馏的过程。降水中同位素值的瑞利分馏简化公式如下：δ降水=(δ降水为降水的δD或δ18O值，为云团中剩下蒸汽的百分比，为降水在冷凝温度t时的分馏系数。根据定义：或8δ18O=δDSMOW为标准平均大洋水，常温时>1，从瑞利分馏公式可以看出，δ降水值随着的减少而逐渐变小。如果云团在赤道附近的洋面上形成后向两极移动，则该云团在不同地区的降水就会表现出不同的δ值，运移的距离愈远，δ值愈负[1

3、]。2、数据来源及方法本文降水中氧稳定同位素的数据主要来自全球降水同位素观测网GNIP(globalnetworkofisotopeinprecipitation，GNIP；http://isohis.iaea.org)。通过GNIP网的数据分析全国雨水线以及北方哈尔滨、天津、石家庄、包头、锦州、长春、太原、烟台八个城市δD和δ18O的关系，得出北方整体降水特征以及各地区在特定地理条件下的独特特征；通过对北方八个城市温度效应、纬度效应、雨量效应以及季节差异的相关性分析，初步总结影响北方整体降水同位素的因子。3、北方部分城市降水中δD和

4、子δ18O间的线性相关关系研究降水中雨水线特征及其影响因素是同位素水文地球化学的重要基础课题。1961年，Craig提出了全球雨水线方程[2]：δD=8δ18O+1081981年，Yurtoever和Gat给出全球雨水线修正公式[5]：δD=8.20δ18O+10.80，r=0.997根据全球降水同位素观测网GNIP数据得出全国雨水线为(图1)：δD=7.43δ18O+5.51图(1)全国大气降水雨水线从所得结果看，我国雨水线与全球雨水线相近，北方各地区雨水线也与之符合较好，说明北方降水同位素组成总体上符合全球客观规律。各城市降水组成

5、又都有其各自的区域性特征，主要表现在雨水线的斜率、截距及氘盈余的变化上。3.1雨水线的斜率和截距斜率和截距是雨水线的特征值，是说明降水DH和18O贫比程度比例关系的重要参数。所选几个城市各地区雨水线斜率大都在6~8之间。只有太原和烟台为5.70和5.54，这是由于各自的气候特点和地理位置决定的。太原位于黄土高原，比较干旱少雨，因而斜率明显偏小（5.70）。烟台（5.54，-8.81）虽未处在热带，但它面临渤海，受海洋气候影响很大，因此其雨水线斜率与热带海岛台站的雨水线相似，斜率偏低。3.2氘盈余8所选取的几个北方城市中，只有天津、石家

6、庄、包头三个城市的氘盈余在雨水线附近(d值在+10‰左右)，其他几个城市d值全部偏小。其中太原d值仅为3.77，分析原因为降水过程中发生再蒸发的原因。4、降水同位素值分布特征与变化规律影响降水同位素组成的因素大致上可分为温度效应、纬度效应、大陆效应、高程效应、雨量效应，这里对北方八个城市的温度效应、纬度效应及雨量效应进行初步的线性分析，进而得出北方整体降水同位素值分布特征与变化规律。4.1温度效应降水的δD和δ18O值与地面温度往往是呈线性关系，温度越高(低)，d值越大(小)[4]。Yurtsever(1975)总结IAEA观测网11

7、4个台站资料所得方程为[3]:δ18O=(0.388+0.028)t-11.99r=0.785表(1)列出了北方八个城市降水δ18O值与气温间的线性关系，各城市的温度系数各不相同，说明降水中δD与δ18O值随气温的变化在不同的地区有不同的区域特征。其中锦州δ18O值与温度的相关关系为负相关关系；其他地区δ18O值与温度的相关关系都为正相关。锦州温度效应并不明显，结合表(1)分析，由于夏季雨量较多，温度升高后地面蒸发的水汽会混入云气团增加降水量，导致锦州出现降水δ18O与温度的负相关关系，温度效应被雨量效应所掩盖。8表(1)δ18O值与

8、温度相关关系δ18O值与温度相关关系表地点平均温度(t℃)δ18O(‰)δ18O与t相关关系方程r2哈尔滨6.91-9.79δ18O=0.810t+24.510.063天津14.67-7.18δ18O=0.684t-59