作为降水中的重要示踪剂，稳定同位素指标（δ18O和d-excess）在过去几十年的水文气候学研究中发挥了重要作用，为揭示现代水文循环过程及其内在机制以及历史时期的气候变化提供了大量的关键信息。但是，两种指标由于受到多种因素影响而导致的多解性也给学界带来了诸多困扰。作为一种受到更少因素影响的新兴指标，降水Δ′17O指标（Δ′17O= ((δ17O/1000+1)-0.528×(δ18O/1000+1))×106，单位为per meg）被认为能够直接反映水汽源区的信息而受到越来越多的重视。因此，水中Δ′17O高精度测试技术的发展及其在不同地区降水中的应用以及对所获数据的解释至关重要。本文通过建立液态水三氧同位素测试技术并将其应用于中国不同气候区的降水，首次明确了中国境内典型东亚季风区、季风边缘区和西风区在降水事件至季节尺度上降水三氧同位素指标的基本变化特征及其影响因素，将为不同时间尺度上石笋碳酸盐中Δ′17O的解译提供重要的参考依据。 本研究基于国外已有技术在国内率先建立了分别基于稳定同位素质谱仪和波长扫描光腔率荡光谱仪的液态水中Δ′17O测试方法，经过数据的计算和标准化，得到了高精度数据。不同国际标准水样的三氧同位素组成的测定结果显示，两种测定方法获得的同位素指标的数值接近，且均与推荐值或前人测定数值在误差范围内一致，证实了测试方法的可靠性。两种测试方法的Δ′17O的精度均小于8 per meg甚至部分小于5 per meg，且均能准确分辨出不同水样Δ′17O值之间约20 per meg的差异，能够满足实际研究工作的精度和分辨能力需求。 在验证测试方法的可靠性和稳定性后，本研究将光谱测试技术应用于中国不同气候区（南京、乌鲁木齐、西安）逐次或更短时间尺度上降水三氧同位素指标的测定，首次得到并初步研究了中国不同地区降水三氧同位素指标在事件或事件内‒月份‒季节尺度的变化特征及其影响因素： （1）首次揭示南京地区两年的降水Δ′17O不存在显著的季节性变化，不同于δ18O及d-excess指标（d-excess =δD-8×δ18O）的大幅度季节波动；与Δ′17O值相似，基于降水事件计算的局地δ17O-δ18O大气降水线的斜率也没表现出季节性变化，这与δ18O-δD大气降水线的大幅度变化也不同。降水稳定氢氧同位素指标与局地气象要素的相关性分析结果显示其在月份尺度上的相关性显著高于事件尺度。Δ′17O与d-excess指标在月份尺度上的显著正相关关系表明两者可能受到某种因素的共同影响。结合降水事件的水汽有效源区识别和模型计算，本研究将南京地区降水Δ′17O指标的无季节变化特征归因于水汽源区的季节性变化、植被蒸腾以及冬季大量的降水再蒸发等多种因素的综合影响和相互抵消。 （2）首次揭示处于干旱区的乌鲁木齐地区降水三氧同位素的变化特征。总体来看，降水δ18O和Δ′17O均有明显的季节性变化，而d-excess的季节性差异不明显。在月份尺度上，δ18O和Δ′17O指标均与温度有显著的强相关关系，而其余的气象要素与指标之间无显著相关性。基于降水事件数据得到的乌鲁木齐地区δD-δ18O和δ17O-δ18O大气降水线斜率和截距呈现出冬季高而夏季低的变化特征。乌鲁木齐地区降水Δ′17O值的季节性波动可能来源于降水有效水汽源区的季节性移动、大陆水汽再循环以及夏季强烈的再蒸发等因素。 （3）华西秋雨期间西安地区两次典型的降水事件中同位素指标均有明显的变化特征。在事件1和事件2初始阶段以及事件2后期降水强度衰减后，δ18O与d-excess及Δ′17O指标之间有负相关关系，很可能是由于降水再蒸发效应的影响，两个事件内部的大幅波动则可能是受到不同来源水汽的控制。 本研究利用洞穴石笋揭示南半球马达加斯加西北地区和北半球北京地区8.2 ka事件的年代学特征以及δ18O记录的内部细致结构及其气候学意义。两个石笋δ18O记录的8.2ka事件持续时间分别为8.230~8.053 ka BP和8.254~8.107 ka BP，其内部均表现出典型的两阶段特征且在更短时间尺度上存在3或4个显著气候事件。在事件开始时期与阶段I，两个石笋记录均与格陵兰冰芯记录有良好的相似性，而在阶段II和结束时期与之差异明显，可能指示事件结束时期不同于前期北高纬驱动的气候驱动因素。在现代降水三氧同位素的研究基础上，本研究采用碳酸盐三氧同位素测试技术首次测得了两个地区8.2 ka事件期间石笋碳酸盐Δ′17O的变化特征并初步解译其影响因素。研究发现，马达加斯加西北地区的同一石笋中短时间内相继沉积的文石和方解石Δ′17O值差异不大，初步证实了矿物相转变对该指标的微小影响。不同指标对比显示，除了马达加斯加西北地区在8.2 ka事件的开始和结束阶段之外，两个地区石笋碳酸盐Δ′17O值均与δ18O存在负相关关系，这种相关性可能意味着水汽源区移动及不同来源水汽比例的改变、降水再蒸发等因素对于两个地区石笋Δ′17O的重要影响。 |
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