摘要：大气降水氚浓度的研究不仅能提供重要的背景资料，而且能为运用同位素进行环境同位素科学以及与之相关的水文学、气象学和环境学科的研究提供一种有效的手段。以我国大气降水同位素监测数据（1985年—2002年）为基础，对单个站点、多个站点进行年际尺度的氚浓度的分析，讨论了氚浓度的时空变化的趋势及气象因素、地理要素的相关性。
关键词：氚浓度；大气降水；同位素；变化趋势
中图分类号：X142；P426.6 文献标识码：A文章编号：1672-1683(2008)06-0094-03
Changes of Tritium Concentration in Precipitation of China in Two Decades
ZHANG Lin，WANG Ying，LIU Fu-liang
(Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,CAGS,Shijiazhuang 050061,China)
Abstract: The ratio of 3H content of precipitation will not only provide important background information,but also for the use of isotopes for environmental science and the associated isotope hydrology,meteorology and environmental disciplines.The analysis was conducted on monthly and annual mean 3H content of precipitation for spatial and a fixed location by using the data of China (1985-2002) in Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP) Database.The tritium concentrations of temporal and spatial changes in trends and meteorological factors,geographic factors were discussed.
Key words: tritium concentration；precipitation；isotopes；changing trends
1 研究背景
氚（3H）是地球环境中一种重要的放射性核素，它是氢的一个短寿命同位素，放射性能量为18 KeV的β低能射线，半衰期为12.35 a，氚在环境中主要以水分子的形式存在。在大气降水中的环境氚有两个来源：一是来源于大气层上层宇宙射线形成的中子和氮原子的相互作用而形成的宇宙氚；二是来源与1952年以来的人工氚，主要来源于热核爆炸，1963年达到高峰。随后由于国际公约核试验的禁止，降水中氚浓度逐渐以指数形式递减，到1990年大部分由于“爆炸”产生的氚已经从大气中冲刷下来，目前大气降水氚基本恢复到自然水平。1961年全球大气降水同位素网络GNIP正式启动，我国大气降水监测工作开始于20世纪80年代，1985年中国地质科学院水文地质环境地质研究所在20余个城市建立观测台站，由该所负责对样品进行分析及数据汇总并提交国际原子能机构全球大气降水同位素数据库，我国大气降水同位素的研究多数都采用该数据库的数据。纵观我国大气降水氚浓度研究，多数情况下是基于单站点或局部的相关关系,反映的多是特定位置、月际时间尺度（季节性）的相关关系，对于较大空间和长时间尺度的大气降水中氚浓度研究仍存在一定的局限性。本文的研究目的是通过重新核实并分析我国大气降水同位素监测数据库中具有代表性的监测（1985年—2002年）近20年监测数据，分析大气降水中氚同位素的季节乃至年际变化，从而揭示较大时间和空间尺度下氚浓度与地理因素、气象要素、人为核素利用等的相关关系。
2 样品和测量
2.1 样品台站
进入20世纪80年代我国开始建立大气降水观测台站共计20余个，由于各种原因，到目前为止大气降水监测点数量明显减少。本文主要对长期观测的昆明、石家庄、乌鲁木齐、张掖、成都、香港、海口站点氚浓度水平、分布和变化规律进行总结。
2.2 降水样品的采集
在样品的采集过程中遵照科学的取样程序，采用气象局常用的雨量器、翻斗遥测雨量计或虹吸式雨量器为采集器皿， 保存水样的容器是国际原子能机构提供的专用高密度乙烯瓶，采集雪样是在密封的采样容器中， 放在环境温度下慢慢融化， 将融化样装瓶密封用于分析。
2.3 测量方法
氚测量采用将水样纯化后电解使氚得以浓缩，然后再以液体闪烁计法进行测量，分析精度±2TU。
3 结果和讨论
3.1 时间变化
香港台站大气降水资料始于1961年，是GNIP记录我国大气降水时间最长的站点。总结其氚浓度数据见图1。
由图1可知香港站点年均氚浓度,氚浓度最大值和最小值均由20世纪60年代的高点逐渐降低至90年代趋于稳定。1952年—1963年之间的核装备大气试验产生了大量的大气氚，这种持续性的输入在同温层形成一个氚源，它对全球降水系统的污染长达四十余年。1963年国际条约严禁热核反应装置大气试验， 最后一年（1962年）百万吨级的试验产生了一个巨大的峰值， 这个峰值出现在1963年春季降水中。随后快速的下降至1990年恢复至天然水浓度，一方面体现了氚自身的放射性衰减,另一方面也说明了人为核试验、核利用活动形成的氚对大气的污染在减少。
但是从海口监测数据图2看出:自20世纪90年代后海口的氚浓度有升高的趋势，这个事实说明该地区大气降水氚浓度或已跨过谷底开始缓慢增长，其增长可能反映了核工业产生的人工氚影响已经超过核试验产生的，并且开始扮演重要角色，数据说明应该加强核电站近周地区的监测显得极为迫切。
3.2 纬度变化
我国大部分降水氚浓度表现了不同程度的西、北方高，东南方低的地理分布趋势，因为同温层的循环受纬度的限制，导致降水中的氚呈带状分布。而且人工氚向大气层注入的释放点（核试验场和核电厂）也主要分布在北半球的中高纬度地区。
由表1及图3，可见氚浓度随纬度增加而越来越高，呈现较强的纬度变化趋势。这是由于降水的主要水汽来源于低纬度的南方海域在向内陆转移过程中不断被氚化因此高纬度地区氚浓度高。但观测台站张掖氚浓度明显高于纬度低的其他地区和纬度高的乌鲁木齐监测站点，这是由于张掖地处内陆地区，海拔高，属于典型的大陆性气候。它处于太平洋、印度洋，北冰洋三大气团交汇的祁连山的东南端，各路水汽运行的时间长,与高空氚交换的几率大， 因而氚浓度高。另外我国早期的西北地区的核试验形成的人工浓度场的叠加,造成了张掖地区的氚浓度远高于其他监测站点。由表1见,氚浓度随经度变化不明显。
3.3 降水量与季节效应
降水量效应,即降水中氚浓度与降水量之间存在显著的负相关关系。对昆明和张掖站点连续两年的氚浓度和降水量资料进行统计整理，见图4。昆明及张掖是不同气候影响的两站点，由氚浓度和降水量关系图可见降水中氚浓度与月降水量值有关，即月降水量少时氚浓度高，月降水量多时氚浓度低。在旱季，受高纬度大陆性气团的影响，空气干燥，降水量小，大气中温度露点差大,蒸发强,重同位素富集作用强,同时来自海洋的水汽团与高空水汽进行氚的机会增多，因此降水中氚浓度比率高；在雨季,受来自低纬度海洋水汽的影响，空气湿润，降水量大，大气中温度露点差小，蒸发弱，重同位素富集作用轻，因此降水中氚浓度低。但是降水量并非是产生降水量效应的唯一原因。
由图4可见，昆明、张掖两站点的氚浓度呈现春夏高，秋冬低的变化规律，表现为一定的季节效应。两站点的氚浓度最大值在初夏即6、7月份。这是由于季节效应与休止层的断开或会聚有关。休止层一般在春季断开使平流层中的氚向对流层迁移。初夏来自海洋的水汽团和来自高空水汽进行氚交换的机会增多， 致使降水中的氚浓度偏高， 而秋冬季节正好相反。
4 结语
①我国大气降水氚浓度自20世纪90年代后逐渐恢复至自然水平值，如果没有新的3H被引入，将来大气降水中的3H和目前大气降水中的3H差异会很小。3H浓度的研究能确定意外的放射性污染源（本地或全球）。从我国的氚浓度的记录上看个别地区氚浓度有上升趋势， 因此加强核电监控尤为重要。
②我国大气降水氚浓度呈现促随纬度增加而升高的分布，与经度无明显相关性。
③大气降水氚浓度与降水成因有明显相关性，表现为一定的降水量效应。大气降水氚浓度呈春夏高，秋冬低的季节性规律。
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