季风地区流域蒸散发研究新方法

在流域蒸散发研究中，蒸发量和蒸腾量的区分对全球水-碳循环的研究有重要意义，研究表明蒸发量和蒸腾量的定量往往存在着较大的不确定性。在对流域蒸发量进行定量研究中，稳定同位素的应用有着至关重要的作用，比如大量研究中使用的氢氧同位素（单同位素体系）。此外氘盈余（双同位素体系）除了反映水汽来源和水汽源区的湿度外，在流域蒸发过程的研究中也有重要潜力，然而在流域蒸发的研究中，大多是利用氢或氧单同位素体系，很少有研究将二者进行对比研究.

中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘再华研究员带领的喀斯特作用水-碳循环研究小组，选取普定沙湾水碳通量模拟试验场作为研究区。由于自然流域边界条件复杂，我们在边界条件确定的普定沙湾水碳通量模拟试验场研究五种不同土地利用下模拟流域的水循环过程。由于在裸岩地和荒地中没有地表植被，所以可以将水均衡法计算的蒸散发和通过氢氧同位素及氘盈余计算的蒸发进行对比验证。通过对研究区一个完整水文年（2015年11月～2016年11月）雨水和五个模拟流域地下水的同位素组成分析表明：在地下水主要补给的雨季，雨水中的氢氧同位素变化较大，而氘盈余却存在较好的稳定性，且在地下水中的氢氧同位素和氘盈余继承了该种特性。通过氢氧同位素和氘盈余这两种指标，我们分别计算了五种不同土地利用下的蒸发值，结果表明氘盈余在计算流域蒸发中比氢或氧单同位素更合理，因为氢或氧同位素在雨季雨水中的变异性使地下水中的氢或氧同位素继承了该种特性，使得在利用该指标进行计算时容易受到流域地下水滞留时间的影响，相反氘盈余在雨季雨水中具有较好的稳定性，使地下水中氘盈余也相对稳定，因此通过氘盈余计算的蒸发不易受到地下水滞留时间的影响。最后计算出蒸腾相对蒸散发的比例是玉米地56.8%，刺梨地70.9%，草地 85.9%，表明在植被发育的流域中其水循环主要受蒸腾作用控制，因此在流域水循环中土地利用发挥着重要作用。本研究中氘盈余的应用为量化流域水循环提供了新方法、新思路，特别是在雨水氢或氧同位素易发生变化的东亚季风区。 
上述研究结果发表在国际权威SCI期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上。 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718305040#s0045 

　　（刘再华课题组供稿）