全 文 ：林业科学研究　2006, 19 (6) : 679～686
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2006) 0620679208
卧龙地区大气降水氢氧同位素特征的研究 3
徐 庆 1 , 刘世荣 1 , 安树青 2 , 姜春前 3 , 刘兴良 4
(1. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 ,国家林业局森林生态环境重点实验室 ,北京　100091; 2. 南京大学生命科学院森林生
态与全球变化实验室 ,南京　210093; 3. 中国林业科学研究院林业研究所 ,北京　100091; 4. 四川省林业科学研究院 ,成都　610081)
摘要 :根据四川卧龙自然保护区 2003年 7月 —2005年 6月 2个水文年大气降水的氢、氧同位素组成 ,提出卧龙地区
大气降水线方程为δD = 9. 443δ18O + 28. 658 ( r = 0. 943, n = 74, p < 0. 05) ;实测雪水δD 2δ18O的线性回归方程为δD
= 9. 376δ18O + 33. 245 ( r = 0. 959, n = 31, p < 0. 05) ;与全球降水线方程δD = 8δ18 O + 10比较偏离较大。实测夏季
(6—9月 )降水δD 2δ18O的线性回归方程为δD = 8. 165δ18O + 9. 480 ( r = 0. 961, n = 29, p < 0. 05) ,卧龙地区夏季实
测降水线与全球降水线吻合 ,揭示了该降水线方程的特征。对全年氘过量值 ( d)及夏季 (丰水季 )和冬季 (枯水季 )
年氘过量值 ( d)及降水线特征研究表明 ,卧龙地区冬季降水主要来源于大陆性气团 ,即卧龙地区内部局部水汽蒸发
所产生 ;夏季降水主要来源海洋性气团 ,并受东南季风的影响。夏季降水事件中出现一些极低的 d值 ,主要是受到
了大陆性冷气团的袭击和季风的影响。卧龙地区夏季 (丰水季 )降水中δ18O的降水量效应明显 ,且季风气候抑制和
掩盖了温度效应。
关键词 :氢氧同位素 ;大气水线 (MWL) ;过量氘 ( d) ;卧龙地区 ;水汽来源
中图分类号 : S715 文献标识码 : A
收稿日期 : 2006205216
基金项目 : 973项目 (2002CB111504)资助
作者简介 : 徐　庆 (1964—) ,女 ,安徽青阳县人 ,副研究员 ,博士 13 本研究初期得到成都理工大学尹观教授的悉心指导 ,特此致谢 !
Study on Hydrogen and O xygen Stable Isotopes in Prec ip ita tion in W olong
Na ture Reserve, S ichuan Prov ince
XU Q ing1 , L IU Shi2rong1 , AN Shu2qing2 , J IANG Chun2qian3 , L IU X ing2liang4
(1. Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, CAF; Key Laboratory of Forest Ecology and Environment, State Forestry Administration,
Beijing　100091, China; 2. Laboratory of Forest Ecology and Global Changes, School of L ife Science, Nanjing University, Nanjing　210093;
J iangsu, China; 3. Research Institute of Forestry, CAF, Beijing　100091, China; 4. Sichuan Academy of Forestry, Chendu　610081, Sichuan, China)
Abstract: This paper assayed the contents of stable isotopeδD andδ18 O in p recip itation in Wolong Nature Reserve of
Sichuan Province from July 2003 to June 2005. The equation of meteoric water line (MWL) and snow water line were
δD = 91443δ18 O + 28. 658 ( r = 0. 943, n = 74, p < 0. 05 ) , andδD = 9. 376δ18 O + 33. 245 ( r = 0. 959, n = 31, p <
0. 05 ) respectively. The line had significant difference with global meteoric water line ( GMWL ) δD = 8. 165δ18 O +
91480 ( r = 0. 961, n = 29, p < 0. 05). The MWL in summer was coincided with GMWL. The characteristic of excess
deuterium in summer, winter( low water season) and yearly and that of MWL showed that the p recip itation in winter
comes from continent water evaporation and p recip itation in summer comes from ocean water evaporation that influ2
enced by south2east monsoon.δ18 O of p recip itation in summer had a significant amount effect, and temperature effect
was withheld by monsoon climate.
Key words: hydrogen and oxygen isotope; meteoric water line; excess deuterium; Wolong area; water vapor source
林　业　科　学　研　究 第 19卷
降水是水循环过程中一个重要环节。降水中稳
定氢氧同位素组成与降水形成的气象过程以及水汽
源区的初始状态存在密切联系 ,并随着时间、空间而
变化。水循环过程中 ,由于同位素成分的平行分馏作
用 ,全球降水中氢和氧稳定同位素存在一种线性关
系 , 1961年 Craig[ 1 ]把这种关系定义为大气降水线
(Meteoric W ater L ine,简称为 MWL) :δD = 8δ18 O + 10,
又称为全球大气降水线 ( Global Meteoric W ater L ine,
简称为 GMWL)。1981年 Yurtsver等 [ 2 ]根据 IAEA全
球台站降水 ,将年平均δ值加权修正为 :δD = 8. 2δ18 O
+ 10. 8。
然而 ,不同地区测得的大气降水线与全球大气降
水线在斜率和截矩上均有不同程度的偏移 ,这一偏移
反映出各地大气降水云气形成时 ,水汽的来源及降水
云气在运移过程中环境条件的变化 ,所导致的气、液
相同位素分馏的不平衡程度的差异 [ 3 ]。
为了量化和比较这种差异 , Dansgaard[ 4 ]把它定
义为过量氘 : d =δD - 8δ18 O。全球降水中 d的平均值
为 10左右。任何地区的降水都可以计算出一个过量
氘参数 d。d值大小相当于通过该样品点斜率 △δD /
△δ18 O为 8的直线在纵坐标轴上的截距 ,它可以较直
观地反映该地区大气降水蒸发、凝结过程的不平衡程
度。d值实际上是一个大气降水的重要的综合环境
指标。大多学者认为 ,降水中 d的值主要取决于形成
降水的水汽来源地的相对湿度 [ 4, 5 ]。由低维海面蒸
发而来的水汽 ,其形成的降水中的 d较低 ,随着水汽
来源地的大气相对湿度的降低 ,降水中的 d值会升
高。但是由于水循环过程的差异 ,全球降水中的大气
水线和 d在时间和空间上都存在着较大幅度的变化。
d的变化也可以反过来研究形成降水的水汽源地气
候条件的变化。因此 ,在地区水资源研究中一般不应
借用全球大气降水线。确定地区性降水线成为区域
同位素水资源研究的一项重要关键和先决条件 [ 6 ]。
对降水中的稳定同位素的观测和研究国外起步
较早 ,始于 20世纪 50年代初 [ 7 ]。全球范围有组织的
取样工作始于 1961 年 [ 3 ]。在国际原子能机构
( IAEA)与世界气象组织 (WMO)的联合倡导下 ,全球
现在已有 800多个观测站 [ 8 ] ,其目的在于通过对大气
降水中的稳定同位素以及相应的气象要素连续跟踪
监测 ,确定大气环流型以及全球、区域的水循环机制 ,
为水资源调查提供基础的环境资料。
在我国 ,对降水中稳定同位素研究始于 20世纪
70年代末。1980年 ,依据包括拉萨和乌鲁木齐地区
在内的 8个地区的大气降水线得到了中国的降水线
方程 [ 9 ]。此后 ,中国大气降水同位素监测网的建立和
运行 ,实现了与 IAEA的数据对比和数据交换。但中
国乃至整个亚洲进入到 IAEA /WMO全球监测网的站
点较少 ,且监测时间也较短 [ 8 ]。90年代后 ,我国学者
对青藏高原大气降水中稳定氢氧同位素的分布和特
征研究做了较详细的工作 [ 10, 11 ] ,但对川西地区大气降
水中稳定氢氧同位素研究较少 [ 12, 13 ]。近几十年来 ,稳
定同位素技术在生态学研究领域迅速发展 ,并与遥感
技术与数学模型一起被认为是生态学的三大现代技
术 [ 14 ] ,同时为水循环研究提供了新的手段 [ 15 ]。但国
内在这方面的研究还严重不足。
卧龙自然保护区是保护森林生态系统和大熊猫
的国家级自然保护区 ,位于长江上游 ,是长江重要支
流岷江的源头地区 ,对于保持水土、涵养水源、维持生
态平衡起着重要作用。它地处四川盆地向青藏高原
东部过渡的高山峡谷地区 ,处于大陆气团与海洋气团
相互作用的区域 ,受气候影响最大 ,其降水同位素组
成也比较复杂。关于卧龙地区亚高山暗针叶林夏季
降水分配过程中氢氧同位素特征的研究已有初步的
了解 [ 16, 17 ] ,但对卧龙地区全年降水、冬季雪水中氢氧
稳定同位素研究和有关降水中氘过量 (d)季节变化及
水汽来源的研究还未见报道。本文通过对卧龙地区
二个水文年周期的降水氢、氧同位素组成及其影响因
素的研究和观测 ,降水中氘过量 ( d )的季节变化特征
的分析 ,得出卧龙地区降水线方程、雪水线方程和不
同时间降水的水汽来源以及水汽蒸发源地的气候特
征的变化 ,这对深入研究卧龙地区亚高山原始森林降
水分配机制 ,科学评价当地地表、地下径流的形成 ,揭
示该区域水循环机制等皆具有十分重要的理论意义。
1 研究地区概况
研究在四川卧龙自然保护区内进行 ,选择四川省
林业科学研究院邓生亚高山暗针叶林定位站 (102°58′
21″E, 30°51′41″N,海拔 2 805 m ) ,位于横断山区北部
的筇崃山脉之东南坡巴朗山。为四川盆地向青藏高
原东部过渡的高山峡谷地区。从中国气候区划看 ,卧
龙自然保护区属青藏高原气候区的范围。西风急流
南支和东南季风控制着本区的主要天气过程。冬半
年 (11月至翌年 4月 )天气晴朗干燥 ,云量少降水少 ;
夏半年 (5月至 10月 )降水量大 ,雨日多。为亚热带
季风气候向大陆性高原气候过渡地区。
根据卧龙生态定位站 2003年 7月—2005年 6月
086
第 6期 徐　庆等 :卧龙地区大气降水氢氧同位素特征的研究
2个水文年的气象资料 ,本研究区年降水量 1 001. 25
mm,相对湿度 80% , 1月平均降水量为 11. 05 mm, 7
月平均降水量为 165. 4 mm,降水量集中在 5—10月
份 ,占全年降水量的 85. 86%。降水量月变化大致呈
单峰型分布 ,呈较典型的内陆降水分布特征。气温的
季节变化则呈单峰型分布 ,从 3月开始升温 ,至 7月
达到最高峰 ,而后逐渐回落。该区平均气温 8. 71 ℃,
2月平均气温 - 2. 5 ℃, 7月平均气温 19 ℃。
2 研究地点与方法
2. 1 样品的采集
2003年 7月 24日—2005年 6月 24日在四川卧
龙生态定位站进行了为期 2个水文年的降水观测和
采样工作 (其中 , 2003年 7月 24日—9月 8日为连续
(集中 )采样期 (1天 1次 ) , 2003年 10月—2005年 6
月为季节采样期 (每月 3次 )。共采集降水水样 74
个 ,其中 ,雪水水样 31个。降水开始前 ,在平坦地面
放置干净的雨量桶 ,降水停止后立即采集并装入特制
的塑料水样瓶中并用橡皮塞密封。若降水是固态的
(雪 ) ,先装入塑料袋 ,待其融化后 ,再装入塑料水样
瓶。若降水是液态的 (雨水 ) ,从雨量桶采集后直接装
入塑料水样瓶 ,采样多选择在降水强度较大的日期进
行 ,使样品更具有代表性。水样采集后 ,加盖密封并
保存在低温 (0～5℃)条件下。
2. 2 样品的测试
所有水样δD、δ18 O 的测定是在中国科学院
北京植物所生态中心稳定同位素实验室 D elta
p lus XP和 TC /EA 2气体质谱仪上进行。样品中
δD 的测试精度在 ±5‰。样品中 δ18 O 的测试精
度在 ±0. 5‰。
氢、氧稳定同位素组成采用千分偏差值 (δ)法
表示 ,即根据国际上规定统一采用待测样品中某元
素的同位素比值与标准物质的同种元素的相应同位
素比值的相对千分差作为量度 ,记作为δ值 [ 18 ] ,单
位为 ‰。
δD = [
(D /H) smap le - (D /H) SMOW
(D /H) SMOW
] ×1000‰
δ18 O = [
(18 O /16 O ) smap le - (18 O /16 O ) SMOW
(18 O /16 O ) SMOW
] ×1000‰
2. 3 气象数据的获取
气象数据由卧龙生态定位站无林地和林内两个
气候观测站提供。
2. 4 数据的处理和分析
数据处理运用 SPSS统计分析软件 ,并进行回归
分析、F检验。区分降水两阶段时使用系统聚类分
析中的中间距离法加欧士距离 ,并通过绘制树形聚
类图确定各个数据的分组。
3　结果与分析
3. 1 卧龙地区大气降水中δD 与δ18 O 组成特征
根据卧龙地区 2003年 7月 —2005年 6月 2个
水文年 74个大气降水的δD (δ18 O )的实测值 (图 1a)
可以看出 , 大气降水 δD 介于 - 38. 567‰ ～
- 1561168‰之 间 , δ18 O 介 于 - 6. 903‰ ～
- 171731‰之 间。全 球 降 水 的 平 均 δD 值 为
- 22‰,δ18 O值为 - 4‰。地球两极地区的降水重
同 位 素 最 贫 乏 , δD 为 - 308‰, δ18 O 为
- 53. 40‰[ 18, 19 ]。郑淑蕙等 [ 20 ]报道了中国大气降
水δD含量为 + 20‰～ - 190‰,δ18 O为 + 2. 0‰～
- 24‰。可见 ,卧龙大气降水的氢、氧同位素含量均
落在中国与全球雨水的变化范围之中。δD (δ18 O )的
最大值出现在雨季到来之前的 4月。δD (δ18 O )的最
小值出现在雨季结束之前的秋季 9月。
将连续采样期 (2003年 7月 24日 —9月 8日 )
的日降水δD 与日降水量 ( p)进行线性回归分析 ,结
果表明 :日降水δD与日降水量 ( p)之间的呈显著的
负相关关系 ,线性回归方程为 :δD = - 2. 236 p -
771153, r = 0. 510, p = 0. 026, n = 20, F = 5. 99 (其
中 , r为相关系数 , n为样本数 )。降水δD 与日降水
量 ( p)之间呈显著的负相关关系 ,表明卧龙地区夏
季降水δD与日降水量之间表现较强的雨量效应特
征 [ 16 ]。根据 SPSS统计分析软件 ,将卧龙地区全年
降水δD (δ18 O )与日降水量作线性回归分析 ,发现卧
龙地区全年大气日降水δD (δ18 O )与日降水量之间
线性相关性不显著的 ( p > 0. 05, n = 74)。
312　卧龙地区大气降水δD 与δ18 O 之间的关系
根据卧龙地区 2003年 7月 —2005年 6月 2个
水文年大气降水的δD (δ18 O )实测值 ,将大气降水的
δD对δ18 O进行一元线性回归分析 ,得出卧龙地区大
气降水线 (图 1a ) 方程为 :δD = 9. 442 7δ18 O +
281658, r = 0. 943, F = 577. 057, n = 74, p = 0. 000
< 0105。卧龙地区雪水线 (图 1b ) 方程为 :δD =
91376 1δ18 O + 33. 245, r = 0. 959, F = 328. 713, n =
31, p = 0. 000 < 0. 05。与全球大气降水线δD = 8δ18
O + 10相比 ,卧龙地区降水线和雪水线斜率和截距
都偏大 ,但其δD与δ18 O线性关系十分良好。
186
林　业　科　学　研　究 第 19卷
图 1 卧龙地区大气降水δD 2δ18O的关系
卧龙地区夏季始于 6月 ,至 9月底止 ,根据 2个
水文年中夏季 (6—9月 ) 34个大气降水的δD (δ18 O )
实测数据得出 ,卧龙地区该时段夏季大气降水 δD 2
δ18 O 的关系式为 :δD = 9. 488 9δ18 O + 23. 346, r =
01968, F = 477 . 163, n = 34, p = 0. 000 < 0. 05。但对
34个大气降水的δD (δ18 O )实测数据分析发现 , 2003
年 8月 30日发生了一场罕见特大暴雨 (28. 26 mm )
事件后 , 8月 30日降水 δD 为 - 136. 40‰,δ18 O 为
- 161568‰。从 8月 30日至 9月 8日 ,连续 5场大
雨 ( > 10 mm) ,降水δD、δ18 O迅速下降 ,至 9月 8日 ,
降水 δD 下降为 - 156. 17‰, 降水 δ18 O 下降为
- 171731‰,在 2个水文年中成为降水中δD (δ18 O )
的最低值。过量氘 ( d)值迅速下降为负值 (如图 2)。
用 SPSS进行聚类分析 ,进一步将 2个水文年中夏季
(6—9月 )分辨出降水可分两个阶段 : (1)第一阶段
为受大陆性冷气团影响的降水。即从 2003年 8月
30日至 9月 8日 ,降水线方程为 :δD = 12. 084δ18 O +
59. 131, r = 0. 861, F = 8. 591, n = 5, p = 0. 061 >
0105;降水线的斜率和截距偏大 ,远偏离全球雨水
线。 (2)第二阶段为受海洋性气团和东南季风影响
的降水。即除 ( 9月 1日 —9月 8日 ) 5天降水 δD
(δ18 O )数据外 ,卧龙地区夏季 ( 6—9月 )δD 2δ18 O 大
气降水线方程为 :δD = 8. 165δ18 O + 9. 480, r =
01961, F = 327. 276, n = 29, p = 0. 000 < 0. 05 (如图
1c )。从图 1c可以看出 ,在不受大陆性冷气团影响
下 ,卧龙地区夏季δD 2δ18 O 大气降水线方程与 Craig
[ 1 ]大气降水线方程 (δD = 8δ18 O + 10 )及 1975 年
Yurtsver [ 2 ]获得的全球降水线方程 (δD = 8. 2δ18 O +
10. 8)都高度吻合。
据卧龙植被资料报道 [ 21 ] ,卧龙地区夏季主要受
东南季风影响湿润多雨 ,冬季主要受西风急流南支
影响干燥少雨 ,是亚热带季风气候向大陆性高原气
候过渡地区。因此 ,该地区夏季 (6—9月 )降水主要
来自海洋 ,故卧龙夏季降水线接近 GMWL。
从图 1可以看出 ,卧龙的降水线方程具有两个
显著的特征 : (1)相关系数 r值很高 ,表明降水的氢、
氧同位素组成有极好的相关性 ; ( 2)在卧龙的降水
线方程中 ,唯有夏季降水线方程与 Yurtsver [ 2 ]的全
球雨水线方程最接近 ,几乎完全吻合 ,这也许说明全
球雨水线方程在相当程度上反映了卧龙夏季气候的
降水氢、氧同位素特征。
313　大气降水的氘过量 ( d)的季节变化对比
由于降水的水汽来源及水汽循环过程的季节变
化 ,全球降水中氘过量参数值 ( d )也存在季节变化。
卧龙地区水气来源及水汽循环过程的季节变化使得
降水中 d显示出冬高夏低的季节变化 (如图 2)。
286
第 6期 徐　庆等 :卧龙地区大气降水氢氧同位素特征的研究
图 2 卧龙地区降水中过量氘值 ( d)的季节的变化
从图 2可看出 ,雨季之前 ,过量氘 ( d )基本上大
于 10,雨季期间 ( 5—10月 )的过量氘在 10附近波
动 ,雨季之后 ,过量氘增大。卧龙地区 2003 年 7
月 —2005年 6月 24个月降水中过量氘 ( d )平均为
121677‰,枯水季 (11—4月 )的过量氘 d平均值为
171397‰,丰水季 ( 5—10月 )的过量氘 d平均值为
9. 621‰。
d也是一个与蒸发过程有关的指标。卧龙亚高
山暗针叶林地区与青藏高原北部一样 , 5月下旬至 6
月初是海洋汽团降水开始之时 ,也即海洋汽团开始
入侵之时。而在海洋汽团来临前的一段时间 ( 4月
或 5月上旬 ) ,降水汽团主要为卧龙亚高山地区内部
局部水汽蒸发所产生 [ 22 ]。卧龙自然保护区内河流
(如皮条河 )为水汽蒸发的主要来源。5月下旬前降
水主要为卧龙高山地区内部局部水汽蒸发所产生。
除了水汽来源地的蒸发状况之外 ,水滴下落过
程中的再蒸发也会使得降水中 d的值变低。这种过
程有时对降水事件中 d的影响较大。由于降水水汽
来源地的蒸发状况以及降水条件的差异 ,降水事件
中 d的变化幅度很大 ,大于月降水样中 d的变化幅
度。虽然全球降水中 d的平均值为 10,降水中 d随
时间与空间而变化。田立德等 [ 23 ]研究认为 ,青藏高
原德令哈降水事件尺度上 d的变化范围为 - 25‰
～ - 35‰之间 ,处于正常的波动范围。冬季降水以
固体形式存在 ,降落的水滴在大气中的蒸发的影响
可以忽略。夏季降水事件中一些极低的 d值可能受
到了降落水滴重新蒸发的影响 ,尤其是对于一些降
水量较小而持续时间又较长的降水过程。从图 2也
可以看出 , 2003年 9月 ,过量氘 ( d )下降为负值 ,明
显偏离 10‰,这是由于卧龙地区 2003年 8月 30日
发生罕见特大暴雨 (28. 26 mm )引起 ,暴雨主要是受
东南季风的影响 ,暴雨后 ,由于内陆环流冷空气的到
来 ,使降水云团在到达卧龙地区之前 ,云团中重同位
素已随降水大量移出 ,使得 2003年 9月 1—8日期
间 5天降水 ( > 10 mm )不止 ,δD、δ18 O 迅速下降 , d
值迅速下降为负值 , 9 月份月平均 d 值下降为
- 81550‰,出现一向下转折 (如图 2 )。过量氘 ( d )
的变化反映了不同水汽来源和季风条件对降水的影
响。这与前人研究的我国夏秋季节降水主要受东南
季风影响 [ 24, 25 ] ,夏秋的降水主要处于太平洋副高压
控制的大气环流形势之下的结果一致。
3. 4 月尺度下氘过量 ( d )与月平均温度和月平均
降水量的关系
将卧龙地区 2003年 7月 —2005年 6月 2个水
文年 24个的月平均氘过量值 ( d)与月平均温度 ( t )
进行线性回归分析 ,结果表明 : d2t线性方程为 : d =
- 0. 491 t + 17. 789, r = 0. 545, F = 9. 293, n = 24, p
= 0. 006 < 0. 05,表明卧龙地区月平均氘过量值 ( d)
与月平均温度 ( t)线性相关性显著 (如表 1 )。将其
月平均氘过量值 ( d )与月平均降水量 ( p)进行线性
回归分析 ,结果表明 : d2p线性方程为 : d = - 0. 052 8
p + 17. 792, r = 0. 480, F = 6. 597, n = 24, p = 0. 018
< 0. 05,表明卧龙地区月平均氘过量值 ( d )与月平
均降水量 ( p)线性相关性显著 (如表 1)。
386
林　业　科　学　研　究 第 19卷
表 1 卧龙地区月平均降水中氢、氧同位素值
以及相应的降水量及温度的变化
月份 δD / ‰ δ18O / ‰ 氘过量( d) / ‰
月平均
降水量
( p) /mm
月平均
气温
( t) /℃
样品数
( n)
2003207 - 77. 514 - 10. 902 9. 702 193. 1 19 3
2003208 - 88. 694 - 11. 599 4. 099 145. 2 16 12
2003209 - 141. 110 - 16. 570 - 8. 550 103 14 5
2003210 - 84. 384 - 12. 004 11. 648 85 13. 1 2
2003211 - 92. 139 - 13. 055 12. 301 17. 1 6. 9 2
2003212 - 67. 481 - 10. 339 15. 231 22. 5 - 1 2
2004201 - 73. 590 - 11. 156 15. 658 8. 8 - 2. 8 3
2004202 - 78. 961 - 11. 758 15. 103 19. 8 - 3 2
2004203 - 76. 268 - 11. 498 15. 714 69. 9 7. 3 3
2004204 - 47. 527 - 8. 544 20. 825 73 9 2
2004205 - 60. 819 - 10. 184 20. 653 124. 9 14 2
2004206 - 76. 396 - 10. 838 10. 308 202. 2 18 3
2004207 - 82. 400 - 11. 559 10. 072 137. 7 19 2
2004208 - 96. 630 - 13. 337 10. 066 85. 4 14 3
2004209 - 96. 429 - 13. 400 10. 771 102. 5 10 3
2004210 - 100. 338 - 14. 407 14. 918 95 8. 3 2
2004211 - 91. 806 - 13. 546 16. 562 33. 9 2. 5 3
2004212 - 63. 713 - 11. 204 25. 919 3. 2 0 3
2005201 - 77. 806 - 12. 005 18. 234 13. 3 - 0. 6 2
2005202 - 76. 609 - 11. 902 18. 607 12. 6 - 2 3
2005203 - 80. 359 - 11. 984 15. 513 32. 6 7. 3 3
2005204 - 76. 216 - 11. 914 19. 096 65. 75 8 3
2005205 - 69. 306 - 10. 224 12. 486 168. 3 14 3
2005206 - 69. 329 - 9. 826 9. 279 131. 8 18 3
(样品总数 ) 74
315　月尺度上降水δD 与δ18 O 的降水量效应
根据 SPSS软件 ,将表 1中 24个月平均降水δD
与月平均δ18 O 进行线性回归分析 ,结果表明 :卧龙
地区月平均降水δD 与月平均δ18 O 的线性回归方程
为 :δD = 10. 025δ18 O + 37. 028, r = 0. 956, F =
2361203, n = 24, p = 0. 000 < 0. 05,表明卧龙地区月
尺度上降水δD与δ18 O的线性关系极显著。
从表 1可以看出 ,卧龙地区丰水期 (5—10月 )的
月平均δ18 O与月平均降水量 ( p)进行相关分析发现
存在显著的降水量效应 ,δ18 O 2p线性方程为 :δ18 O =
0. 030 1 p - 16. 018, r = 0. 600, F = 5. 632, n = 12, p =
0. 039 < 0. 05;但月平均δD 与月平均降水量 ( p)不存
在显著的降水量效应 p = 0. 113 > 0. 05 (如图 3)。
3. 6 月尺度上降水δD 与δ18 O 的温度效应
影响降水氢氧同位素组成的诸多要素中 ,温度
被认为是与之关系最密切的。气温对降水中稳定同
位素产生作用的主要机制是 :地面温度在一定程度
上与上空降水云团的冷凝温度有对应关系 ,而后者
与降水的δ值有直接关系。因此气温越低 ,降水中
同位素的分馏系数α也越大 ,从而降水中δ18 O也越
低。但只有当大气水汽中δ18 O 保持基本稳定时 ,气
温和降水中的δ18 O 才有可能表现出明显的正相关
关系。一般而言 ,温度效应主要出现在中、高纬度高
海拔地区 ,且在两极表现得尤为明显 ,另一方面 ,越
深入大陆内部 ,其正相关关系越密切。局地性对流
所产生的阵性降水随海拔的增高而增大 ,所以 ,局地
性对流性降水的增加会影响降水中δ18 O 与温度的
正相关关系 [ 26 ]。
图 3 卧龙地区月尺度降水δD (δ18O )与月平均降水量 ( p)的关系
486
第 6期 徐　庆等 :卧龙地区大气降水氢氧同位素特征的研究
图 4 卧龙地区丰水期月尺度降水δD (δ18O )与月平均温度 ( t)的关系
将表 1中 24个月平均 ( D (δ18 O )与平均气温
( t)进行线性回归 ,发现二者线形关系不显著 ( p >
0105) ,这表明卧龙大气降水同位素组成在月尺度上
不存在明显的温度效应。卫克勤等 [ 27 ]指出在我国
受季风影响的地区 ,夏季风期间雨水值偏低 ,冬季风
期间偏高 ,季风气候抑制和掩盖了温度效应。田立
德等 [ 23 ]对中国西部降水δD的研究进一步证实了上
述论断 :他们发现在内陆降水中δD和气温变化表现
出明显的正相关性 ,而在青藏高原南部地区 ,由于受
季风降水影响 ,降水中δD几乎未表现出与温度的任
何关系。
将丰水期 ( 5—10月 ) 12个月平均降水 δD (δ18
O )与月平均温度 ( t)进行线形回归分析发现也不存
在显著的温度效应 , p > 0. 05。月平均降水量 ( p)δ18
O 2t线性方程为 :δ18 O = 0. 327 t - 16. 904, r = 01555,
F = 4. 444, n = 12, p = 0. 061 > 0. 05;月平均δD 与平
均温度 ( t)存在显著的温度效应 :δD = 212747 t -
120. 574, r = 0. 370, F = 1. 588, n = 12, p = 0. 236 >
0. 05 (如图 4)。
若不考虑受冷空气影响的暴雨事件 5 d数据
(2003年 9月 ) ,丰水期 ( 5—10月 ) 11个月δ18 O 与
月平均温度 ( t)进行相关分析发现存在显著的温度
效应 : 11个月平均降水δ18 O 2t线性方程为 :δ18 O 2t线
性方程为 :δ18 O = 0. 279 t - 15. 833, r = 0. 689, F =
81148, n = 11, p = 0. 019 < 0. 05 ( 2003年 9月除
外 )。进一步表明 ,受季风影响 ,丰水期月平均降水
δD、δ18 O与月平均温度 ( t )也不存在显著的温度效
应 ,但除去受大陆性冷空气影响的 2003年 9月后 ,
丰水期 ( 5—10月 )的月平均δ18 O 与月平均温度存
在显著的温度效应。
4 结论
(1)卧龙地区大气降水的氢、氧同位素含量处
于中国与全球雨水的变化范围之中。卧龙地区
2003—2005年大气降水线方程为δD = 9. 443δ18 O +
28. 658 ( r = 0. 943, n = 74, p < 0. 05 ) ;雪水线方程为
δD = 9. 376δ18 O + 33. 245 ( r = 0. 959, n = 31, p <
0105) ;受大陆性水汽来源影响 ,卧龙地区的雪水线
与全球降水线δD = 8δ18 O + 10相比较 ,雪水线的斜
率和截距都较高 ,偏离全球降水线较大 ,但降水δD
与δ18 O之间有很好的线性关系。受海洋性水汽来
源影响 ,卧龙夏季 ( 6—9月 )大气降水线方程为 δD
= 81165δ18 O + 9. 480 ( r = 0. 961, n = 29, p < 0. 05) ,与
全球降水线方程基本吻合。
(2)卧龙地区水汽来源及水汽循环过程的季节
变化使得降水中过量氘 ( d) 显示出冬高夏低的季节
变化。在枯水季 (11—4月 ) ,由于卧龙地区水汽的
内陆循环作用 ,干燥的气候条件使得降水及 d的值
较高。丰水季 (5—10月 ) ,受海洋性水汽来源影响 ,
降水中 d的值偏低 ,接近 10。在 9月 ,受到了大陆性
气团冷空气和东南季风的影响 ,夏季降水事件中出
现一些极低的 d值。
(3)卧龙地区丰水期 (5—10月 )的月平均δ18 O
与月平均降水量 ( p)存在显著的降水量效应。受季
风影响 ,丰水期月平均降水δ18 O 与月平均温度 ( t)
不存在显著的温度效应 ,但若不考虑季风影响的特
大暴雨降水事件 ( 2003 年 9 月 1—8 日 ) ,丰水期
(5—10月 )的月平均δ18 O与月平均温度存在显著的
温度效应。表明卧龙地区产生温度效应 (降水量效
应 )的主要条件是研究区域降水的水汽来源较为单
一 ,而在季风区 ,季风也可能是造成该效应的深层机
586
林　业　科　学　研　究 第 19卷
制之一。
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