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黑河流域大气降水环境同位素应用研究

作　者: 杨淇越
导　师: 张明泉；吴锦奎
学　校: 兰州大学
专　业: 环境工程
关键词: 黑河流域大气降水环境同位素后向轨迹法水汽来源干旱区
分类号: P426.612
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

黑河流域属于干旱半干旱区内陆河流域,冰川、戈壁、沙漠以及绿洲等自然景观并存。流域降水水汽来源复杂,时空分布变化大,降水对流域生态环境有着重要影响。黑河流域大气降水特征以及水汽来源的研究,将对深入研究黑河流域乃至整个西北干旱区的水循环特征,指导干旱区生态环境的重建与恢复有重要的意义。环境同位素对大尺度流域的降水及水汽来源进行分析有其优越性。2002年10月至2004年9月期间对黑河流域上游和中游六个采样点进行了大气降水水样的采集。在样品的实验室分析及数据分析的基础上,对大气降水中的氢氧同位素的时空分布及其与各种影响因子的关系进行了深入的探讨,并结合后向轨迹法对水汽来源进行了深入研究；同时根据西水站2002至2003年的气象资料,对西水大气降水中的氢氧同位素组成进行了模拟。在综合研究分析的基础上获得了如下成果：1．对历次大气降水事件中的δ18O及其月降水加权平均值的分析发现：黑河流域降水中的氢氧同位素表现出明显的“温度效应”,δ18O和温度T之间的线性关系与海拔有一定的关系,即海拔越高,直线的斜率越大,δ18O／△T越大；大气降水中δ18O的月加权平均值和降水量之间无明显的关系,但从逐次降水事件上分析发现δ18O与降水量之间存在着“降水量效应”。降水中δ18O的月加权平均值变化范围从下游戈壁沙漠带的-2.2‰到山区的-9.2‰,随着采样点海拔的增加,δ18O呈现出下降的趋势,特别是1690m的莺落峡至2569m的西水之间呈现出明显的“高度效应”。通过分析西水、莺落峡、甘州、平川和正义峡降水中δ18O的加权平均值,得到δ18O的高度梯度为-0.47‰／100m；模拟δ18O值随时间的变化后发现,每一个取样点降水中δ18O值的季节性变化呈现明显的正弦波趋势；2.建立的黑河流域地方大气降水线(LMWL)方程为：δD=7.82δ18O+7.63,相关系数r=0.99。降水线斜率低于全球大气降水线斜率8,符合黑河流域干燥的环境特征和较强的蒸发条件；3.研究了流域降水中氘盈余(d)的分布规律及其影响因素,并结合后向轨迹法(Backwards Trajectory)分析了形成黑河流域大气降水的水汽来源。研究发现：冷季以西风带水汽为主,局地循环水汽次之；暖季水汽来源复杂,以西风带、内陆及东南季风水汽的影响最为明显。301个降水水样的d值中,有162个d值大于+10‰,有27个d值甚至大于+20‰,这说明局地蒸散发水汽在黑河流域水汽循环中占有较大的比重,特别是在暖季；4.利用瑞利分馏模型对西水大气降水中氢氧同位素比率进行模拟发现冷季模拟的效果要明显好于暖季,冷季模型效率达到90%以上。原因可能是：黑河流域冷季主要受西风带水汽控制,局地蒸发水汽较弱；暖季水汽来源复杂,不存在单一水汽为主的情况,且较高的温度使得蒸散发水汽对整个大气降水中氢氧同位素组成的影响较大。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-13
第一章绪言  13-30
  1.1 研究的目的和意义  15-16
    1.1.1 研究目的  15
    1.1.2 研究意义  15-16
  1.2 研究内容  16
  1.3 同位素基础理论  16-17
  1.4 大气降水中环境同位素的研究进展  17-30
    1.4.1 大气降水中氢氧同位素的组成及分布规律  18-22
    1.4.2 氘盈余(d)与降水线斜率(s)的变化  22-24
    1.4.3 水汽来源分析  24-25
    1.4.4 大气水汽中同位素的分馏  25-28
    1.4.5 大气降水过程中的同位素分馏  28-30
第二章研究区及取样点概况  30-40
  2.1 研究区概况  30-33
    2.1.1 自然地理概况  30-32
    2.1.2 生态环境概况  32-33
  2.2 采样点概况  33-35
  2.3 研究路线和方法  35-40
    2.3.1 研究路线  35-36
    2.3.2 前期取样及实验室分析过程  36
    2.3.3 后期数据处理及研究方法  36-40
第三章黑河流域降水中环境同位素的分布特征  40-56
  3.1 大气降水中环境同位素的分布及变化  40-50
    3.1.1 δ~(18)O与温度的关系  42-43
    3.1.2 δ~(18)O与降水量的关系  43-46
    3.1.3 δ~(18)O的空间变化  46-48
    3.1.4 大气降水中δ~(18)O随时间的变化模拟  48-50
  3.2 大气降水线  50-52
  3.3 氘盈余(d)的分布  52-56
第四章水汽来源分析  56-64
  4.1 水汽来源及所占比例  57-59
  4.2 水汽来源与氢氧同位素  59-62
  4.3 水汽来源与氘盈余  62-64
第五章降水中环境同位素比率模拟  64-78
  5.1 瑞利分馏模型  64-66
  5.2 黑河流域降水中环境同位素比率模拟  66-72
  5.3 模拟结果及模型效果分析  72-78
    5.3.1 初次模拟结果分析  72-75
    5.3.2 暖季修正后的模拟结果  75-76
    5.3.3 模型效果分析  76-78
第六章结论、建议与展望  78-81
  6.1 结论  78-79
  6.2 建议  79-80
  6.3 展望  80-81
参考文献  81-90
在校期间的研究成果  90-91
致谢  91-92

黑河流域大气降水环境同位素应用研究

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