南亚季风海洋型冰川区水体中稳定同位素研究

摘要

南亚季风是一个典型的海-陆-气耦合系统，季风水循环系统具有结构复杂、水循环活跃、时空变率大等特点。在南亚季风气候控制下，我国青藏高原东南部高山地区发育了众多海洋型冰川(也称季风温冰川)，这类冰川具有高消融、高积累、冰温高、底部有滑动、对气候变化反应敏感等特点。位于青藏高原东南缘横断山南端的玉龙雪山，是欧亚大陆距赤道最近的冰川区，是海洋型冰川发育最为典型的代表区之一。在本区进行海洋型冰川冰芯研究对于认识过去南亚季风演化规律、揭示热带海洋地区古气候环境变化信息具有独特的优势和发展潜力。但是，季风温冰川高消融的特点，使沉积后过程(特别是融水渗浸)对冰芯记录产生显著“干扰”，给本区温冰川冰芯记录气候环境信息的恢复增加了困难。水体稳定同位素示踪法是研究水循环过程的一种有力工具，同时稳定同位素也是冰芯研究中的一项重要指标。本文选择南亚季风海洋型冰川区水体中稳定同位素进行研究，意义在于：系统揭示南亚季风区水体中稳定同位素系统的复杂变化过程，有助于南亚季风系统结构及其水循环过程理解，为高消融季风海洋型冰川区冰芯的深入开展奠定基础。 本文根据南亚季风区主要IAEA/WMO站点降水中稳定同位素资料、玉龙雪山白水l号冰川区不同水体中稳定同位素观测资料以及白水l号冰川区183米天然冰雪断面(类似冰芯)资料，深入研究南亚季风区降水中稳定同位素系统的变化及其影响因素、季风水汽来源示踪、沉积后过程对季风海洋型冰川系统内稳定同位素比率的影响以及季风温冰川冰芯稳定同位素记录。通过以上研究得出如下结论： (1)首次分析了西南季风区降水中稳定同位素比率与高空大气风速之间的关系，发现两者之间存在显著的正相关关系，在西南季风区除温度和降水量外，高空风速也是影响季风降水中δ18O变化的一个主要因子。同时研究了季风区降水再循环过程对降水中稳定同位素比率的影响，发现季风降水的再循环过程对季风非活跃期以及季风末期降水中稳定同位素比率具有显著的影响。另外，对季风区降水中稳定同位素所特有的“降水量效应”进行了研究，发现沿季风水汽输送通道上(从沿海向内陆)“降水量效应”的强度具有显著的增加趋势。以上研究结果有助于加深我们对季风区降水中稳定同位素系统变化的认识和了解。 (2)利用大尺度NCEP／NCAR再分析资料和南亚季风区典型IAEA／WMO站点降水中稳定同位素观测资料，根据降水中过量氘水汽示踪原理以及稳定同位素瑞利分馏规律对季风水汽来源进行了示踪：证实了利用水汽源区相对湿度变化与降水中过量氘之间的关系进行季风水汽来源示踪的可行性；根据稳定同位素瑞利分馏模型，利用季风区可降水量与源区可降水量的比率与季风降水中δ18O之间的关系，提出了一种确定季风水汽来源的新方法。以上研究结果对于季风水汽来源的示踪研究具有重要意义。 (3)根据玉龙雪山白水l号冰川区不同水体中稳定同位素资料，全面分析沉积后过程对冰川区不同水体中稳定同位素比率的影响。主要结论如下：1)沉积后过程对冰川区不同水体中稳定同位素“高度效应”产生显著的影响，使海洋型冰川区水体中稳定同位素“高度效应”的强度显著增强；2)沉积后过程对海洋型冰川区不同水体中稳定同位素比率的影响程度存在显著的季节差异，即夏季海洋型冰川区不同水体中稳定同位素“高度效应”的强度显著大于冬季；3)不论是冬季还是夏季，从表面积雪到融水再到由融水补给的河流，δ180垂直变化梯度依次增大，体现了沉积后过程对海洋型冰川区同位素记录的影响具有空间差异性。 (4)根据2004年7月玉龙雪山白水1号冰川区一个18．3米天然冰雪断面资料，讨论分析了海洋型冰川区冰芯定年问题，并对剖面6180记录的保存及其所记录的气候环境信息进行了研究。研究发现，在高消融海洋型冰川区61SO记录不适合冰芯定年；但是，海洋型冰川高消融、高积累的特点使δ18O记录的信息能得以保存，剖面6180iE录反应了西南季风活动的信息。本研究结果为高消融海洋型冰川区冰芯记录进行古气候恢复的可行性提供了新的证据。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和关于学位论文使用授权的说明

第一章绪论

第一节选题依据及研究意义

第二节水体稳定同位素研究的理论基础

一、稳定同位素瑞利分馏模型

二、大气水线方程与过量氘

第三节水体稳定同位素研究进展

一、大气降水中稳定同位素研究进展

二、稳定同位素模型模拟研究进展

三、冰芯中稳定同位素研究进展

第二章季风降水中稳定同位素系统变化

第一节引言

第二节高空大气风速对季风降水中稳定同位素比率的影响

第三节季风降水再循环过程对季风非活跃期和季风后期降水中稳定同位素比率的影响

第四节季风降水中稳定同位素“降水量效应”的空间分布特征及其影响因素

第五节大尺度海-气活动事件对季风降水中δ18O的影响

第六节小结

第三章季风水汽来源示踪

第一节引言

第二节降水中过量氘与季风水汽来源示踪

第三节利用稳定同位素瑞利模型追踪季风水汽来源

第四节小结

第四章典型季风海洋型冰川系统水体中稳定同位素研究

第一节研究区简介

第二节白水1号冰川区“降水—积雪—融水”系统内稳定同位素时空分布特征

第三节白水1号冰川补给河流—白水河河水中稳定同位素研究

第四节沉积后过程对海洋型冰川区不同水体中稳定同位素分馏过程的影响及其气候效应

第五节白水1号冰川区雪坑稳定同位素研究

第六节小结

第五章典型季风海洋型冰川区冰芯稳定同位素研究

第一节引言

第二节白水1号冰川积累区18.3 m冰雪剖面定年

第三节白水1号冰川积累区18.3米冰雪剖面δ18O记录

第四节小结

第六章结论与展望

第一节本文的主要结论

第二节问题与展望

参考文献

个人简历

攻读博士学位期间发表论文目录

致谢