湘江中下游地区不同水体中稳定同位素变化特征研究

摘要

我国位于亚欧大陆的东南部，面向太平洋，自西向东呈三级阶梯状逐渐降低，具有明显的季风气候特征，冬季受来自内陆的冬季风影响，气候具有干冷的特征；夏季受来自印度洋和太平洋的夏季风影响，气候具有暖湿的特征。这也使得湘江中下游地区具有显著地季风气候，既受东亚季风影响，又受南亚季风影响。湘江中下游地区大气降水特征以及水汽来源的研究，将对深入研究整个洞庭湖流域的水循环特征、指导该地区生态环境的重建与恢复有重要意义。利用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。2010年1月至12月期间对湘江中下游长沙地区不同水体(大气降水、河水、泉水及井水)进行采集，分析了大气降水中δD、δ18O变化特征及其与各种影响因子的关系，分析了泉水、井水及河水中δD、δ18O变化特征及四种不同水体间水力关系，并结合后向轨迹法对水汽来源进行分析研究。
　　 (1).分析了我国大气降水中稳定同位素变化特征，我国大气降水中δ18O的分布并不完全与纬线平行，而是呈鞍形分布。在我国东南沿海地区和西北地区δ18O的值较大，而在东北地区和青藏高原区δ18O值较小。在中高纬度地区具有明显的温度效应，而在中低纬度地区降水量效应十分显著。在我国东部地区降水中稳定同位素变化存在纬度效应，从我国东部地区经西北地区到青藏高原地区降水中稳定同位素变化存在显著的高度效应。
　　 (2).分析了湘江中下游长沙地区逐日降水中δD、δ18O的变化特征。该地区降水中稳定同位素具有显著的降水量效应、湿度效应及反温度效应。降水中稳定同位素的季节变化也十分明显，其在夏半年(5-9月)偏负，而在冬半年(10-4月)偏高。
　　 (3).分析了湘江中下游长沙地区降水中过量氘(d-excess)的分布规律及影响因素，并结合后向轨迹法分析了大气降水的水汽来源。夏半年降水中d-excess值偏低，这与受夏季风影响来自低纬度海洋性气团具有湿度大等性质有关；冬半年其值偏高，主要与大陆性气团的性质有关。在冬季风降水期，水汽主要来自西风带携带的水汽和局地水汽环流；而在夏季风降水期，水汽主要来自孟加拉湾、南海洋面与西太平洋海区。其间受台风的影响，水汽运动轨迹发生“S”型的偏转。
　　 (4).建立了湘江中下游长沙地区大气降水线：δD=8.41δ18O+16.9，相关系数r=0.98。大气降水线的斜率大于全球大气降水线斜率8，这说明该地区具有湿润多雨的气候特点。河水线(δD=8.02δ18O+10.9)、泉水线(δD=8.05δ18O+16.3)和井水线(δD=7.74δ18O+12.5)在一定程度上偏离湘江中下游长沙地区大气降水线(δD=8.41δ18O+16.9)，表明地下水、河水主要来源于大气降水，并在补给地下水和河水之前经历了一定程度的蒸发分馏效应从而引起了同位素变化。