LI-2100 | 内陆山区径流稳定同位素的气候与景观控制

2024-01-11 17:45:07 129阅读次数

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水，我们生活中无处不在的重要元素。它润泽着大地，孕育着生命。然而，水的旅程并不仅仅局限于地表，它通过蒸发和降水，与大气、植被形成了紧密的互动。而这种互动的背后隐藏着一系列的谜题，需要科学家们通过不断研究来揭示。

水同位素研究便是一种重要的手段，通过分析水中的同位素元素，科学家们能够了解水的来源、循环和变化。水同位素研究为科研人员提供了一种宝贵的工具，帮助他们更好地了解水、植被和气候之间的复杂关系。一起来了解一下，来自西北师范大学的研究团队，用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京科技有限公司）做的相关研究。

水资源是制约干旱区社会发展的主要自然资源，山区是内陆干旱区重要的水源涵养区，山区冰川积雪融水对干旱区淡水供应至关重要。随着气候变暖，冰川积雪融化加速，地表蒸散发增强，降水变异性加剧，气候变化将增强山区河流水文过程的复杂性。水稳定同位素是深入了解区域水文过程的有效方法，研究内陆山区径流同位素时空变化的主要控制因素，对认识内陆山区水文过程变化，合理调配干旱区水资源至关重要。

研究区概况

基于此，在本研究中，来自西北师范大学的研究团队监测了中亚干旱区典型的内陆山区流域-西营河流域不同水体同位素数据（地表水、降水、地下水以及积雪融水）和相关水文气象数据，结合相关气象观测数据及植被覆盖指数（NDVI)，评估气候和景观对内陆山区径流稳定同位素的影响。研究可以为厘清内陆山区径流稳定同位素的控制机制提供更全面的参考。

不同水体稳定同位素组成

西营河流域不同景观区域气象要素和水体稳定同位素特征。(a)不同景观区域气温、相对湿度以及降水量的变化；(b)不同水体稳定同位素在不同景观区域的组成特征，P为降水，R为径流，M为积雪融水，G为地下水；(c)~(e)不同水体δ²H与δ¹⁸O的关系，(c)为冰川-灌丛区，(d)为中高覆盖度草地-森林区，(e)为低覆盖草地-裸地区。

不同景观区域的径流同位素组成

西营河流域不同景观区域径流同位素随NDVI指数以及海拔的变化特征。

气候对山区径流同位素的影响

西营河不同景观区域气象要素与降水稳定同位素的相关性分析，（a）降水δ¹⁸O与温度，（b）降水δ¹⁸O与相对湿度，（c）降水δ¹⁸O与降水量

自然和人为景观变化对径流稳定同位素的影响

西营河流域不同景观区域LEL的变化，LELs为局地蒸发水线。（a）冰川-灌丛区（GSARs）,（b）中高覆盖草地-林地区(MHGFARs),（c）低覆盖草地-裸地区（LGBARs）。X轴和Y轴上的柱状统计图代表δ¹⁸O和δ²H的分布曲线。

西营河流域海拔变化对降水稳定同位素的相关性分析，（a）径流δ¹⁸O与海拔，（b）降水δ¹⁸O与海拔。

西营河降水（a）和径流（c）d-excess的变化，以及西营水库入口（b）和出口（d）处径流水线的变化。

研究结论

本研究利用典型内陆山区流域不同水体稳定同位素数据，结合相关气象观测数据和植被覆盖（NDVI）数据，为进一步了解内陆山区流域径流稳定同位素变化特征及其控制机制提供了依据。在内陆山区流域，气候和景观特征会随海拔而产生显著差异。因此，我们认为，在内陆山区，径流同位素组成及其控制因素需要做进一步更深入的研究。本研究强调了气象要素以及地表景观的空间差异对内陆山区流域径流稳定同位素的控制过程。这些结果有利于全面认识内陆山区径流稳定同位素的控制机制。

气象要素通过控制径流的蒸发过程和补给源同位素特征来控制径流同位素变化；

在植被覆盖度较低的区域，地表景观特征通过改变补给源同位素特征来控制着径流同位素组成；

在植被覆盖度较高的区域，地表植被覆盖通过控制蒸发过程来影响径流稳定同位素。