西北地区降水稳定同位素的云下二次蒸发效应

利用GNIP提供的我国西北地区的8个站点和本研究的2个站点的降水同位素数据以及相应的气象数据,结合HYSPLIT模型和水滴蒸发模型,分析了我国西北地区降水δ¹⁸O和d的时空分布,对该区二次蒸发效应进行了存在性判定与定量讨论,并探讨了二次蒸发效应的敏感因子.结果表明: 夏季风期间,新疆地区δ¹⁸O和d值由南向北均走低,陕甘宁地区由南向北,由东向西δ¹⁸O值整体上升,d值呈现下降趋势;冬季风期间,西北地区由南到北,由东向西δ¹⁸O值整体上逐渐减小,新疆地区d值由南向北升高,陕甘宁地区由南向北d值呈现下降趋势,由东向西有微弱的增大.我国西北地区夏季风时期的大气降水线的斜率、截距(6.80,-0.07)显著低于研究区全年的大气降水线方程的斜率、截距(7.27,3.37)和冬季风时期的大气降水线的斜率、截距(7.46,6.07),表明夏季风期间二次蒸发作用较强.研究区夏季风时期的蒸发比率均值为4.49%,高于冬季风时的3.65%,而黄土高原周边站点冬季风时期的蒸发比率高于夏季风时期,这与黄土高原近年来干旱加剧密不可分.另外,二次蒸发作用的强度随相对湿度、降水量和水汽压的增大而减弱,随温度(大于0 ℃)的升高而增强,但各因子在不同范围时对二次蒸发作用的影响有差异.     

陕甘宁地区降水稳定同位素特征及水汽来源

依据全球大气降水稳定同位素观测网络(GNIP)和已有研究中陕甘宁地区的大气降水氢氧稳定同位素资料,并结合相关气象数据,分析了陕甘宁地区大气降水氧稳定同位素的时空分布特征及其影响因子,并建立了大气降水线方程.结果表明:3省大气降水线的斜率、截距由小到大依次为:甘肃、陕西、宁夏,且均小于全球大气降水线方程的斜率、截距,表明3省的降水过程受蒸发作用影响程度沿宁夏、陕西、甘肃增强;陕甘宁地区大气降水中δ18O值在时间变化上,表现为夏秋季节富集、冬春季节贫化,从空间分布来看,由西北至东南,加权平均δ18O值呈减小趋势;3省降水中δ18O温度效应显著,但不存在降水量效应,这体现了中高纬度大陆性气候的特征;高程效应的定量关系为-0.12‰·(100 m)^-1,纬度效应更显著(纬度每增加1°,降水中δ18O相应贫化0.27‰);采用HYSPLIT模型对各站点的水汽来源进行追踪,气团聚类轨迹表明,夏半年主要有来自孟加拉湾的水汽、东南季风水汽和西风带水汽,冬半年以西风带水汽为主.     

基于卫星降水产品的华北北纬38°带降水氢氧同位素时空特征及水汽来源

降水氢氧同位素的变化程度对反演降水水汽来源和认识蒸发作用的强弱有重要作用;结合高时间分辨率的卫星降水产品能够提高反演水汽来源的准确性,更清晰地说明水汽团的运移路径。本研究以位于华北北纬38°带的中国科学院太行山站(山区)、栾城站(山前平原)和南皮站(滨海低平原)2015—2018年降水氢氧同位素为对象,分析该区域降水水汽来源和极端降水对氢氧同位素的影响。结果表明: 华北北纬38°带降水氢氧同位素在年内呈雨季富集、旱季贫化的特征,雨季降水氢氧同位素表现出随降水量增加而贫化的趋势;华北山前平原大气降水氢氧同位素拟合关系斜率和截距最小,说明山前平原降水受二次蒸发作用的影响最显著,蒸发作用也使得平原区枯水年同位素变幅最大,而山区雨量效应造成丰水年同位素变幅最大。利用卫星产品揭示降水的水汽来源,华北北纬38°带全年主导水汽为西北和内陆方向水汽,而雨季为西南和近缘海洋性水汽。由于水汽来源的变化,同时,山区和平原区分别受雨量效应和二次蒸发的影响,使得降水氢氧同位素在丰水年(2016)存在显著差异。用HYSPLIT模型模拟2016年“7·19”极端降水的路径,西南水汽是山区和平原区极端降水的主要水汽来源,而低平原区混合了东南向水汽。说明水汽源的差异及蒸发过程主导华北北纬38°带极端降水氢氧同位素的时空分布特征。     

陕北黄土区大气降水同位素特征及其水汽来源

为探究陕北黄土区大气降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源,以陕西省定边县为研究区,于2018—2020年共收集107次降水事件样品,分析了该区降水中δ¹⁸O和δ²H组成特征,并探讨了不同季节的水汽来源。结果表明: 定边氢氧稳定同位素存在明显的季节变化,湿季(6—9月)偏贫化,干季(4—5月、10—11月)偏富集;氘盈余呈现干季高湿季低的特点。当地大气降水线方程为δ²H=7.35δ¹⁸O+4.19 (R²=0.96, P<0.01),斜率和截距均小于全球大气降水线,表明该区域降水受到一定程度的蒸发分馏影响。全年降水同位素组成表现出温度效应,而湿季和干季差异较大,仅干季存在温度效应,湿季降水同位素组成可能受温度和降水量的共同影响。HYSPLIT气团轨迹模型表明,干季水汽主要来自大西洋和极地北冰洋地区,而湿季降水主要来自印度洋和太平洋,同时受到西风带的影响。     

江苏高邮大气降水氢氧同位素特征及水汽来源

为了研究江苏高邮局地水循环特征,应对气候变化和减缓洪涝灾害.本研究采集江苏高邮自2015年7月—2017年10月的121个大气降水样品及环境因子数据,分析该区大气降水氢氧同位素特征,揭示不同季节水汽来源及影响因素.结果表明: 大气降水δD(δ¹⁸O)季节变化明显,冬半年偏正,夏半年偏负;过量氘值亦呈现冬高夏低;年尺度上,大气降水中δD(δ¹⁸O)与温度和降水量皆为负相关关系,呈现“反温度效应”和“降水量效应”;季节尺度上,均未呈现出“温度效应”,秋冬两季呈现出“降水量效应”;HYSPLIT气团轨迹模型结果进一步表明,江苏高邮夏季水汽主要来源于我国南海、印度洋及太平洋,而春、秋、冬季水汽主要来源于亚欧大陆、大西洋、北冰洋水汽混合及局地蒸发.大气降水δD(δ¹⁸O)值的季节变化主要受到季风活动以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响,降水中氢氧同位素值清晰地记录了厄尔尼诺向拉尼拉之间的过渡.     

典型林区水分氢氧稳定同位素在土壤-植物-大气连续体中的分布特征

土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水循环是水文学和生态学研究的重要内容,氢氧稳定同位素在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程。本研究通过分析成都平原区亚热带常绿阔叶林中降水、土壤水、植物水的同位素组成,探讨SPAC系统中水分的氢氧稳定同位素演化特征,揭示区域水循环不同界面过程。结果表明: 研究区雨季大气降水线方程为: δD=7.13δ¹⁸O+2.35(R²=0.99),土壤蒸发线方程为: δD=6.98δ¹⁸O-0.32(R²=0.92)。在降水→土壤水→植物水的界面水输送过程中,氢氧同位素逐渐富集。浅层土壤(0～35 cm)水δ¹⁸O受降水的直接影响,响应关系明显,中深层土壤(35～100 cm)水则相对稳定。观测期间,植物木质部水同位素比土壤水略微富集,说明水分在植物体内输送过程中可能通过韧皮部或树皮发生轻微蒸发或蒸腾。采用直接相关法初步估计植物对不同土层土壤水的利用情况,樟树主要利用中层土壤水,构树主要利用浅层土壤水,金星蕨因根系分布浅更倾向于利用浅层土壤水和植物截留的降水。与金星蕨相比,樟树和构树的叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强。     

中国西北内陆季风区基于不同时间尺度和回归方法的大气水线比较

局地大气水线(LMWL)是氢氧稳定同位素示踪地区水文过程的重要基础之一，建立能代表当地降水稳定同位素总体特征的LMWL对于准确揭示相关水文过程十分关键。基于中国西北内陆季风区典型区域长武塬9年的降水稳定同位素观测数据，比较不同时间尺度与回归方法对LMWL的影响。结果表明：对于不同回归方法，除年尺度降水稳定同位素建立的LMWL基本保持不变外，次、月降水数据建立的LWML均会随回归方法的不同发生明显改变；在最小二乘(OLSR)、主轴(MA)和简约主轴(RMA)3种不同回归方法下，基于次、月、年降水数据建立的LMWL也明显不同；只有使用考虑降水量加权的OLSR、MA和RMA方法，次、月、年降水尺度数据建立的LMWL才较为接近。表明在降水量和稳定同位素特征随时间存在明显异质性的地区建立LMWL时，需格外注意降水稳定同位素数据尺度和回归方法的选择。对于降水稳定同位素观测困难、数据有限的地区，建议使用降水量加权的简约主轴回归或主轴回归方法建立具有代表性的LMWL。     

桂西北喀斯特小流域降雨稳定氢氧同位素组成及影响因素

气候变化背景下,降雨稳定氢氧同位素的变化对以快速的地表-地下水文过程为主要特征的喀斯特生态水文研究有重要意义。以桂西北典型喀斯特峰丛洼地小流域为研究对象,测定2013年至2018年日尺度及2019年至2020年8场大雨或特大暴雨的雨水稳定氢氧同位素组成,分析降雨稳定氢氧同位素变化特征及其影响因素。结果表明,研究区夏半年以海洋性水汽为主,冬半年以干燥的大陆性气团为主,导致夏半年降水δD、δ¹⁸O和氘盈余值显著(P<0.05)低于冬半年。降水的稳定氢氧同位素存在显著的反温度效应和雨量效应,即δ¹⁸O值与温度呈显著(P<0.001)负相关,与降雨量呈显著(P<0.001)正相关。次降雨过程中,持续时间较长(>9.5 h)的降雨存在显著的(P<0.05)雨量效应,特大暴雨则不存在雨量效应,与大气或地理因素有关。研究区水汽来源及降水强度存在明显的时间差异,因此在开展喀斯特小流域生态水文过程研究时,需要关注降水稳定氢氧同位素组成在不同时间尺度上的变化特征。     

鄱阳湖湿地土壤水稳定同位素变化特征

土壤水稳定同位素组成的时空变化反映了区域降水与前期水分的混合及蒸散发过程。2013年7-9月对鄱阳湖湿地保护区3个断面不同土地覆盖下0-2 m剖面土壤水进行分层采样,以及采集修水和贛江的河水,测定其氢、氧稳定同位素,分析土壤水稳定同位素沿土壤剖面的变化规律、土壤水运动机制及其主要补给来源。研究结果表明,鄱阳湖采样区3个断面土壤水同位素δ~(18)O值变化范围-10.63‰—-1.17‰,其中7月份的土壤水δ~(18)O均值最小,8、9月份土壤水δ~(18)O均值相对较大。表层(0-60 cm)土壤水同位素富集可能因为蒸发作用,深层土壤水同位素组成变化因降水入渗与前期水分混合作用。不同土地覆盖表层土壤水同位素变化较大,随着深度的增加,同位素变化减少。从水分溯源上,断面一的土壤水同位素组成主要受降水的影响,断面二的土壤水同位素组成主要受赣江和降水的影响,而断面三则主要受鄱阳湖水体和降水的影响。研究结果可为鄱阳湖区域地下水资源的评价提供参考     

川西亚高山暗针叶林降水分配过程中氧稳定同位素特征

该文应用氧稳定同位素对四川卧龙巴朗山不同降雨条件下亚高山暗针叶林中降水、林冠穿透水和壤中流的变化动态进行了示踪,结果表明: 1)降水δ¹⁸O与林冠穿透水δ¹⁸O的差值(用Δ表示)随着日降雨量的增大呈现偏正态结构。降水量<3.20 mm时,Δ<0;当降水量≥3.20 mm时,Δ>0;且当降水量=12.65 mm时,Δ值最大。这是由当时冠层蒸散过程和降水过程相互作用决定的。 2)低降水强度、日平均降水量小和降水连续性差时,壤中流弱且不连续,导致壤中流的氧同位素组成对降水响应速度慢;反之,壤中流强且连续,导致壤中流对降水响应速度加快。当降水量在< 10 mm时,这种响应在降雨后4 d发生;当降水量在10~20 mm时,日平均降水量较大和连续降雨时,这种响应在降雨后2~3 d发生;当降水量在20~30 mm时,这种响应在降水1~2 d发生。发育良好的原始亚高山暗针叶林森林植被对降水分配进行着有效的调控,使得暗针叶林植被储备着不同时期降水、穿透水、壤中流及地下水组成的混合体,使壤中流变化滞后,从而控制植被下游洪水发生。     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

大兴安岭兴安落叶松径向生长对气候响应的时空变化

根据兴安落叶松在大兴安岭山脉的分布特征,沿纬度设置了9个采样点,分析了兴安落叶松径向生长对气候因子响应的空间差异和时间动态。结果表明:总体上所有采样点的兴安落叶松径向生长与夏季(6—8月)标准化降水蒸散指数(SPEI)及降水量、2月SPEI及降水量呈正相关,与3月温度呈负相关。在空间上,南部年均温较高区域的兴安落叶松径向生长与2月SPEI呈显著正相关,在北部年均温较低的区域与3月温度呈显著负相关。在时间上,兴安落叶松生长-气候关系不稳定。随着温度升高,在年均温较高区域,夏季SPEI和降水量对树木生长的正效应以及夏季温度的负响应显著增强;在年均温较低区域,树木生长与3月温度负响应增强更明显。这表明气候变化改变了树木生长-气候关系,而且存在明显空间差异。在未来气候暖干化的背景下,大兴安岭兴安落叶松径向生长会受到抑制,在年均温较高且降水量较少的南部地区会因夏季水分亏缺和冬季干旱而衰退,温度较低的北部地区则可能因冬季干旱和冬季变暖而使生长受到抑制。     

The salivary glands of Hyalomma anatolicum anatolicum: structural changes during attachment and feeding

The histology and ultrastructure of the salivary glands of male and female H.a. anatolicum ticks have been examined m unfed and feeding ticks with special emphasis on aspects related to the feeding process. The salivary glands of H.a. anatolicum consisted of three types of acinus (acinus I, II and III) in females and an additional type IV acinus in males. The type I acinus was agranular and showed slight morphologic changes during feeding. The presence of cells with ultrastructural features characteristic of epithelia involved in the secretion of hyperosmotic fluids supports the hypothesis that these acini secrete hygroscopic saliva during questing stages to absorb water from an unsaturated atmosphere. There were five granular cell types (a, b, c₁–c₃) in type II acinus, three granular cell types (d, e, and f) in type III acinus, and one granular cell type (g) in type IV acinus. The cells a, d and e secreted most of their granules early in feeding and are considered to be cement precursors. The b and c cells appeared to synthesise and secrete their products throughout feeding and so are likely to secrete anticoagulants, enzymes and other pharmacologically active agents required during feeding. The interstitial cells, which were insignificant in acinar types II, III and IV of unfed ticks, became more distinct during feeding. The type III acinus in females showed remarkable cell transformations, during the course of feeding. The ablumenal interstitial cells of type III acinus, in females formed a basal labyrinth of extraordinary complexity by interdigitating with the basolateral membranes of transformed f cells to form a network of extracellular channels to excrete fluid during feeding. There was an enormous increase in the secretory granules of g cells as the feeding advanced. The secretory granules were released by a process of exocytosis, by direct fusion with the apical membranes and through channels connecting several granules.     

Critical exponents for sol–gel transition in aqueous alginate solutions induced by cupric cations

The sol–gel transition in aqueous alginate solutions of four alginate samples having different molecular weights (M_W) and M/G ratios induced by cupric cations was monitored by rheology measurements. The gel point f_gel and the relaxation critical exponent n were determined using the Winter’s criterion over the alginate concentration C_Alg of 1–4 wt%. The scaling for the zero shear viscosity η₀ before the gel point and the equilibrium modulus G_e after the gel point was established against the relative distance ε from the gel point at the concentration of C_Alg = 1 wt%, giving the critical exponents k and z. The results indicated that f_gel was almost independent of the alginate concentration and became higher for the sample with lower molecular weight. The critical exponent n decreased with the increase in C_Alg for these four Cu-alginate samples and the fractal dimension d_f estimated from n suggested a denser structure in the critical gel with high G content. The critical exponent n evaluated from k and z agreed well with n determined from the Winter’s criterion.     

Functional differences between summer and winter season rain assessed with MODIS‐derived phenology in a semi‐arid region

Questions: We asked several linked questions about phenology and precipitation relationships at local, landscape, and regional spatial scales within individual seasons, between seasons, and between year temporal scales. (1) How do winter and summer phenological patterns vary in response to total seasonal rainfall? (2) How are phenological rates affected by the previous season rainfall? (3) How does phenological variability differ at landscape and regional spatial scales and at season and inter‐annual temporal scales? Location: Southern Arizona, USA. Methods: We compared satellite‐derived phenological variation between 38 distinct 625‐km² landscapes distributed in the northern Sonoran Desert region from 2000 to 2007. Regression analyses were used to identify relationships between landscape phenology dynamics in response to precipitation variability across multiple spatial and temporal scales. Results: While both summer and winter seasons show increases of peak greenness and peak growth with more precipitation, the timing of peak growth was advanced with more precipitation in winter, while the timing of peak greenness was advanced with more precipitation in summer. Surprisingly, summer maximum growth was negatively affected by winter precipitation. The spatial variations between summer and winter phenology were similar in magnitude and response. Larger‐scale spatial and temporal variation showed strong differences in precipitation patterns; however the magnitudes of phenological spatial variability in these two seasons were similar. Conclusions: Vegetation patterns were clearly coupled to precipitation variability, with distinct responses at alternative spatial and temporal scales. Disaggregating vegetation into phenological variation, spanning value, timing, and integrated components revealed substantial complexity in precipitation‐phenological relationships.     

晋西黄土区土壤水分动态变化与植被群落关系研究

土壤水分是晋西黄土区植被群落生长与恢复的主要限制因素,为定量探讨该区域不同植被群落土壤水分变化规律,选择山西吉县蔡家川流域3种典型植被群落（油松人工林、刺槐人工林、天然次生林）为研究对象,研究土壤水分时空变化特征,以及土壤水分与降雨、气温和土壤养分的变化关系。结果表明：（1）近10年,研究区降雨分布极不均匀,表现为降雨前期不足,集中在中后期;近10年植被群落生长季,天然次生林土壤水分最大,刺槐林最小,且两者存在显著差异,但均与油松林地差异不显著;（2）研究区3种植被群落0~60 cm土层中根系分布存在差异。其中,同种植被群落不同土层间根系分布均存在显著差异;不同植被群落中,天然次生林与油松、刺槐林的根系分布在20~60 cm土层存在显著差异;（3）研究区植被群落土壤水分具有明显分层现象,即0~40 cm土层土壤水分变化较大,而40~100 cm土层波动较小,基本维持在10%~15%;表土层（0~40 cm）土壤水分变化与植被根系分布有关,且植被根系分布与土壤水分呈显著负相关;（4）通过对土壤水分与降雨、气温、有机碳、全氮、全磷、全钾等因素进行分析,发现土壤水分与降雨呈显著正相关,油松林地相关系数最高;气温只与次生林的土壤水分呈显著正相关;土壤水分与有机碳、全氮、全磷、全钾存在正相关,其中与全磷相关度最高。     

Laser-induced reactions of P700 and cytochrome f in a blue-green alga, Plectonema boryanum

Kinetics of the absorption change of P700 (blue band) and cytochrome f in whole cells of a blue-green alga, Plectonema boryanum, have been studied by Q-switched ruby-laser flash excitation (694 nm; approx. 20 nsec) to elucidate the sequential relationship of these two components in photosynthetic electron transport. “P700” was photooxidized within 2 μsec and recovered in two phases t_1/2 10 μsec and 200 μsec). Under the same conditions cytochrome f was oxidized with a half time of 15 μsec. The magnitude of the fast phase of “P700” recovery, however, diminished at lower laser intensity while the cytochrome f change remained unaffected. The result suggests that cytochrome f and P700 may not be on the same electron-transport chain.