2004年, 第26卷, 第4期　刊出日期：2004-08-25

  

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冰冻圈与全球变化
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  冻土温度状况研究方法和应用分析

  李述训, 吴通华

  冰川冻土. 2004, 26(4): 377-383. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0063

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  分析讨论了冻土温度状况研究中相关问题,包括构成多年冻土层的岩性、含水量、结构和构造,决定多年冻土温度状况动态变化的地面温度与气温间的关系,地中热流,研究区域的确定以及取决于地层的岩性、含水量、结构和构造、容重的热量在地层内传播过程的热物理参数.在分析物理学、地学和气候学等学科研究结果的基础上,笔者认为:1)在研究冻土温度状况问题中,研究区域应根据所研究问题的时间尺度确定,由于多年冻土层内不同深度上的温度和热流(或温度梯度)随时间的不同影响深度也不同,研究数十年时间尺度的多年冻土温度状况问题,一般应取多年冻土下限处的地中热流(或温度梯度)作为问题的下边界条件;2)以气温积温(或气温)与地面温度积温(或地面温度)比值所定义的N系数不仅存在年变化、季节变化和日变化,并在求解时必须已知地面冻结(或融化)的持续时间,而在目前对于不同地面条件缺乏定量描述气温与地面温度间关系的实验基础.因此,在缺乏比较严格的地面条件定量描述的情况下,应用气温与地面温度之差描述二者间的关系可能更为简单;3)在青藏高原地区,由于不同区域地形、地面条件、地层岩性以及地中热流等存在着很大差异,因而,不同区域多年冻土的热状况也不同.所以,不能简单地以气温等值线进行多年冻土制图,更不能以此年冻土变化预报的基础.
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  青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅰ):土壤湿度

  张世强, 丁永建, 卢健, 刘时银

  冰川冻土. 2004, 26(4): 384-388. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0064

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  模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义,其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件.利用大尺度水文模型中对冻土中水分和能量平衡过程的描述,对沱沱河站点超过一年时间的土壤湿度进行了步长为1h,总时间为399d的连续模拟.与Game Tibet项目中同一时刻的土壤湿度观测资料比较的结果表明,Fuchs方程对于描述冻土中的最大未冻水含量是有效的,利用能量平衡计算获得的土壤各层的湿度与观测值相比较,其连续变化基本合理.结果表明,用该模型对高原水热过程进行长期模拟是可行的.
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  差分干涉SAR冻土形变检测方法研究

  李震, 李新武, 刘永智, 任鑫

  冰川冻土. 2004, 26(4): 389-396. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0065

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  季节性冻融导致的地表形变是冻土地区工程建设的主要病害,冻土的冻胀和融沉是影响青藏公路以及目前建设的青藏铁路路基稳定的重要因素.近年来,差分干涉测量技术已成为地表形变测量和监测的重要工具.基于重复轨道的ERS 1/2雷达图像,研究了利用干涉SAR技术探测冻土形变的方法,经过对引入DEM差分干涉SAR技术的处理和分析,得到研究区冻土形变结果.通过与实测数据比较,表明重轨差分干涉测量可以精确地探测冻土表面形变,可用于青藏铁路冻土形变监测.
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  近20a来西藏朋曲流域冰湖变化及潜在溃决冰湖分析

  车涛, 晋锐, 李新, 吴立宗

  冰川冻土. 2004, 26(4): 397-402. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0066

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  全球气候变暖,青藏高原冰川普遍处于退缩趋势,由此引发的冰湖溃决洪水的灾害也随之增加.通过对2000/2001年度卫星遥感数据解译结果和1987年国际联合考察的朋曲流域冰湖溃决洪水结果的分析,研究了近20a来朋曲流域内冰湖的变化.结果显示,该流域中的冰湖数量有减少,但冰湖的面积却在增加,这是同期全球气候变暖的结果.在提供了冰湖编目数据的基础上,识别了有潜在危险的冰湖,为冰湖溃决洪水早期预警系统提供了科学依据.
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  天山北麓晚全新世环境演变及其人类活动的影响

  阎顺, 穆桂金, 孔昭宸, 倪健, 杨振京

  冰川冻土. 2004, 26(4): 403-410. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0067

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  在天山北麓(坡)不同海拔、不同植被带、不同沉积相选取剖面,进行¹⁴C测年和沉积相、孢粉、粒度、磁化率及烧失量分析,探讨晚全新世的环境演变.通过对比艾比湖、大西沟、东道海子、桦树窝子和四厂湖等剖面反映的环境信息,结果表明:晚全新世以来,气候有冷暖干湿波动,但干旱的总面貌未发生根本变化.反映在植被上,山区森林、低山丘陵区草原 荒漠草原、平原区荒漠 荒漠草原的植被景观无根本变化,但是在森林的上下界限、平原河谷林的发育程度、平原低地草甸的面积上,随气候的变化而发生波动.平原湖泊受环境变化的影响十分明显.晚全新世以来,平原湖泊水面变化频繁,3.1～2.4kaBP、1.7～1.3kaBP和1.27～0.3kaBP时期是高湖面阶段.1.7～0.6kaBP的中世纪,气候比较湿润,温暖,平原湖泊处于高水位期,1.7～1.3kaBP期间天山的云杉林带下限下移,林带加宽,自然环境处于最好阶段.人为活动只是在近代对环境产生较大影响,主要表现在对平原地区水系和自然绿洲的影响上,河流流量减少、流程缩短、尾闾湖消亡、扇缘溢出带北移、地下水位降低,泉水流量减少等成为普遍现象.人工绿洲取代自然绿洲,自然绿洲大面积减少,尾闾湖滨绿洲大面积消亡,平原河谷绿洲面积减少,扇缘溢出带绿洲和大河三角洲绿洲为人工绿洲取代.
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  微生物介导的土壤甲烷循环及全球变化研究

  冯虎元, 程国栋, 安黎哲

  冰川冻土. 2004, 26(4): 411-419. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0068

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  甲烷是主要的温室气体之一,目前在大气中的含量达1.7×10^-6m³·m^-3,比工业革命前增加了115%,并以1%年增长速度稳定增长.甲烷吸收太阳远红外光的能力比CO₂高20～30倍,对全球增温的贡献率达15%.多年来对大气甲烷的产生、转运和循环以及调控的研究表明,80%以上的甲烷是通过微生物的活动产生的,一部分在进入大气前被微生物吸收利用,这样,大气中甲烷的净含量绝大部分是甲烷产生微生物和甲烷营养微生物相互作用的结果.因此,研究甲烷产生菌和甲烷氧化菌的活动规律和生态学特征,有利于揭示微生物介导的甲烷循环过程,并探索减排的措施.已知有80多种甲烷产生菌和100余种甲烷氧化菌,它们的种类和生态多样性比较广泛,环境差异和波动影响它们的生理代谢活性,从而导致甲烷排放的波动性和不确定性.在未来全球变化条件下,天然湿地作为重要的甲烷源之一,如何响应和反馈环境的变化是研究的重点领域.
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  湿度效应及其对降水中δ¹⁸O季节分布的影响

  章新平, 姚檀栋, 田立德, 刘晶淼

  冰川冻土. 2004, 26(4): 420-425. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0069

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  提出了湿度效应的概念,即降水中稳定同位素比率与大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系.对两个气候特征完全不同的取样站乌鲁木齐和昆明降水中δ¹⁸O与温度露点差之间的关系进行了分析,尽管两站的δ¹⁸O与ΔT_d的季节变化存在差异,但它们的湿度效应是显著的.利用稳定同位素动力分馏模型并根据500hPa月平均温度的季节分布对昆明站云中凝结物中δ¹⁸O进行了模拟,模拟的月平均δ¹⁸O与月平均温度的变化具有非常好的一致性,说明昆明站云中凝结物中的氧稳定同位素具有温度效应.这个结果与地面降水中氧稳定同位素的降水量效应截然不同.昆明站降水中δ¹⁸O一定程度上指示大气的干湿状况,同时也间接地指示降水量的多寡或季风的强弱.湿度效应的存在,影响降落雨滴中稳定同位素蒸发富集的强度以及雨滴与大气之间稳定同位素物质迁移的方向.它不仅改变降水中稳定同位素比率的大小,也改变其季节分布的特点.
冻土与冻土工程
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  青藏铁路旱桥的三维温度特性分析

  肖建章, 赖远明, 张学富, 喻文兵, 张淑娟

  冰川冻土. 2004, 26(4): 426-434. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0070

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  根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程,应用有限元法对青藏铁路旱桥的温度特性进行了三维数值分析.结果表明:修建于高温极不稳定冻土地段的旱桥在将来运行20a的过程中对冻土有很好的制冷作用,能很好地保护冻土,保证铁路的运行安全,并且分析和说明了在建的青藏铁路在高温极不稳定冻土地段的采用旱桥的形式是可行的和必要的.
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  多年冻土区块、碎石护坡冷却作用的对比研究

  孙志忠, 马巍, 李东庆

  冰川冻土. 2004, 26(4): 435-439. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0071

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  基于青藏铁路北麓河试验段块、碎石护坡路基阳坡坡中孔的地温观测资料,分析了块、碎石护坡下的温度变化过程及进入块、碎石层下部土体的热收支情况.结果表明:观测期内块石层下平均温度低于碎石层下平均温度,而块石层下温度波幅大于碎石层下温度波幅.块石层下最大融化深度有明显的抬升,这种抬升得益于冷季块石层内空气较强的对流冷却作用.从进入块、碎石层下部土体的热收支情况来看,块石层较碎石层具有更好的冷却作用.
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  养分含量对土壤冻融特征曲线的影响

  陈晓飞, 都洋, 马巍, 张玉龙, 李洪升, 徐斆祖

  冰川冻土. 2004, 26(4): 440-448. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0072

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  土壤冻融特征曲线是反映土壤冻融过程中的水、热、盐迁移规律以及冻土强度、冻土的热性质的重要参数.为了研究土壤冻融过程中土壤养分的迁移规律,采用核磁共振法对加入不同浓度的硫酸铵溶液、磷酸二氢钾溶液和氯化钾溶液的土样的冻融特征曲线进行了测定和分析.结果表明磷酸二氢钾溶液对土壤的冻融特征曲线影响不明显,氯化钾溶液的影响最明显,硫酸铵溶液的影响次之.加入氯化钾溶液的部分试样,以及加入硫酸铵溶液的部分试样的冻融特征曲线出现了二次突变点.滞后现象普遍存在于各个试样的冻融特征曲线中,滞后明显区间所处的温度范围随所加入的溶液浓度的增高而降低.当加入试样的溶液浓度相同时,加入氯化钾溶液的滞后明显区间所处的温度范围最低,加入硫酸铵溶液的次之,加入磷酸二氢钾溶液的最高.
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  季节冻土场地上的地脉动特征

  齐吉琳, 李海鹏, 赖远明, 朱元林

  冰川冻土. 2004, 26(4): 449-453. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0073

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  以张掖市的一场地为研究对象,通过对不同季节地脉动的测量和分析,研究了场地的脉动频谱特性随季节的变化.对场地实测资料的分析发现,冬季随着上覆冻土层的出现,使得场地刚度发生变化,频谱形状也明显地改变,地脉动的卓越频率明显提高.
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  季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化

  张喜发, 辛德刚, 张冬青, 汪雪瑞

  冰川冻土. 2004, 26(4): 454-460. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0074

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  在季节冻土区,路基水分迁移变化是道路冻害最积极活跃的因素.在路堑段,不管地下水位埋深大小,冻结期间水分都向路基上部路床迁移,但其特征有所不同.线路气候条件和路基土质条件都对水分竖向的迁移和冻胀大小有重要影响.这种竖向迁移,导致路基上部土层产生强烈冻胀作用.水分的它向迁移(包括路肩坡面、失效的排水沟、路面裂缝和中央隔离带等)也可能是产生道路冻害的不可忽视的因素.道路修建以后,其路基土的干湿状态可能比当初设计状态严重恶化,从而产生冻害.
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  阻尼对行车荷载下大跨桥梁振动的影响

  赵发章, 王解军

  冰川冻土. 2004, 26(4): 461-465. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0075

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  基于车桥相互作用,建立了车桥耦合单元,一个车辆模拟为4轴10个自由度模型,桥梁模拟为梁单元,推导出列车桥梁整体系统运动方程的有限元计算公式.采用随机数值模拟方法和功率谱密度函数生成随机轨道粗糙度.编制了计算程序,考虑各种不同的阻尼参数及车辆速度,对一座实际大跨斜拉桥的动力反应与冲击效应进行了分析研究.
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  分层冻胀量的观测方法研究

  陈继, 程国栋, 张喜发

  冰川冻土. 2004, 26(4): 466-473. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0076

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  当前使用的分层冻胀量观测方法有单体冻胀尺法、叠合冻胀尺法和磁环法,分析了这3种方法各自的优缺点,从冻胀的机理出发,在正冻土中的水分迁移和成冰规律的基础上,提出了表面冻胀量和冻深对比法.依据内蒙古永济冻土试验场、内蒙古巴林左旗二龙灌区冻害试验场和大庆地区等3个季节冻土区的分层冻胀量观测结果,分析了该方法在季节冻土区不同地下水位和不同土质条件下的适用性;同时,还据青海江仓的资料,对在多年冻土地区的应用性进行了评估.结果表明,对比法只可以用于近似确定季节冻土区的分层冻胀量,要确定多年冻土区的分层冻胀量,该方法是失效的.
寒区生物学
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  乌鲁木齐河源区不同海拔的火绒草叶片结构特征的比较研究

  安黎哲, 戴怡龄, 陈拓, 徐世健, 张满效, 刘艳红, 程国栋

  冰川冻土. 2004, 26(4): 474-481. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0077

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  采用PEG和Epon 812二次包埋方法,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对乌鲁木齐河源区海拔4000m、3400m、2500m三种不同高度的火绒草(Leontopodium leontopodiodes(Willd.)Beauv.)叶片剖面及表面结构进行了观察.结果表明:火绒草叶片既具有中生植物又兼有旱生和湿生植物的部分结构特征;其叶片厚度、表皮细胞外壁角质层表面、外角质层蜡质分泌物的有无、表皮细胞形状、气孔器分布特征、保卫细胞极区"T"型角质加厚程度、气孔开口(长/宽)、气孔密度、维管束形态、CTR值、叶肉细胞叶绿体含量等性状特征,在不同海拔的火绒草间呈现出明显差异;而表皮的气孔水平位置类型、毛状附属器等性状则差异较小.数值分析火绒草叶结构各类性状以及不同性状状态的组合,显示出个体形态的多样性及其对高山环境和海拔高度的适宜性特征.
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  植物抗冻蛋白的研究进展及其应用

  吴建民, 幸华, 赵志光, 安黎哲

  冰川冻土. 2004, 26(4): 482-487. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0078

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  抗冻蛋白(antifreeze proteins,AFPs)是一类具有热滞效应和冰晶重结晶抑制效应的蛋白质,它们在受到低温环境胁迫时产生,能够使机体抵御冰冻环境.AFPs已经在多种冰冻耐受机体中发现,包括鱼类、昆虫、陆生节肢动物、细菌、真菌和植物,其中有关植物AFPs的研究起步较晚.综述了植物AFPs的发现,理化性质,组织及细胞定位,生理功能,作用机理,结构模型,及其在农业,医学,食品工业等方面的应用价值.
冰冻圈变化
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  2002年塔里木河流域“四源一干”地表径流情势

  毛炜峄, 陈潮, 段建军, 苏宏超, 王书峰, 王进, 葛方勇

  冰川冻土. 2004, 26(4): 488-495. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0079

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  2002年塔河流域内平原及山区气温都明显偏高,平原降水偏多,山区降水略偏多.3～10月0℃层高度接近常年.塔里木河4条源流出山口天然径流量273.9×10⁸m³,比多年平均值227.0×10⁸m³多46.9×10⁸m³,偏多20.7%,属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河 孔雀河径流增幅大,水量充沛,属丰水年;而发源于喀喇昆仑山脉的叶尔羌河和源于西昆仑山的和田河径流量保持多年均值年.4条源流入塔里木河水量为54.82×10⁸m³.在塔里木河干流上游段耗水量25.42×10⁸m³,是干流最大的耗水区段,中游段耗水量24.55×10⁸m³,下游段耗水量7.38×10⁸m³.上、中游区间耗水量49.97×10⁸m³,占阿拉尔站年径流量的90.8%.从7月20日至11月10日共计114d由博斯腾湖向塔里木河下游生态应急输水,从博斯腾湖调水12.67×10⁸m³,恰拉水库分水闸向塔里木河输水2.339×10⁸m³,大西海子水库下泄3.313×10⁸m³,年内台特玛湖形成了28.74km²的水域面积,下游沿河地下水位普遍回升,影响范围达800km²,生态效益十分显著.
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  2002年塔里木河流域四条源流区间耗水分析

  王顺德, 李红德, 胡林金, 苏宏超, 曹晓莉, 孙本国, 李春梅, 毛炜峄, 王进

  冰川冻土. 2004, 26(4): 496-502. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0080

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  2002年塔里木河四条源流出山口天然径流量273.9×10⁸m³,比多年平均值多46.9×10⁸m³,偏多20.7%,属丰水年.其中发源于天山山脉的阿克苏河和开都河 孔雀河径流增幅大,水量充沛,属丰水年,而发源于昆仑山脉的叶尔羌河和和田河径流量保持多年均值年.2002年度,四条源流区总耗水量219.1×10⁸m³,占出山口天然径流量的80.0%.其中阿克苏河流域总耗水量为65.90×10⁸m³,占出山口天然径流量的60%;叶尔羌河流域耗水量61.92×10⁸m³,年内无水量进入塔里木河干流;和田河流域耗水量36.45×10⁸m³,占出山口天然径流量的80.9%.开 孔河流域内耗水54.76×10⁸m³,占出山口天然径流量的95.9%.
水文与水资源
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  热脉冲技术在确定胡杨幼树干液流中的应用

  司建华, 冯起, 张小由

  冰川冻土. 2004, 26(4): 503-508. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0081

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  探讨了热脉冲技术在确定胡杨(Populus euphratica)幼树干液流中的应用.结果表明:在树木正常生长状态下,胡杨在4月下旬至5月中旬开花期树干单位面积液流通量为0.13～0.15L·cm^-2·d^-1;树干液流速度的动态变化呈多峰状曲线,6月份枝叶速生期树干单位面积液流通量为0.294L·cm^-2·d^-1;树干径向断面形成层以下不同深度的树液流速具有相同的日变化趋势;夜间,胡杨存在明显的树干液流上升现象,补充白天植物蒸腾丢失的大量水分,恢复植物体内的水分平衡;树干液流速度在不同的方位有所差异.并对胡杨单位面积液流通量与杨树、辽东栎、大叶白蜡、棘皮桦、五角槐、小美旱杨、油松进行了对比研究.
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  同位素技术在寒旱区水科学中的应用进展

  吴锦奎, 丁永建, 王根绪, 沈永平

  冰川冻土. 2004, 26(4): 509-516. https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0240.2004.0082

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  近20a来,同位素技术作为一种新技术在寒区旱区水科学研究中得到越来越广泛的应用.中国学者在大气降水稳定同位素,干旱区地下水起源,盐湖中氯、硼、锂等同位素的应用研究中取得了较大进展,在寒区旱区同位素剖面的建立和古地理、古环境演化信息的提取上得到了一系列重要的成果,还对蒸发过程的同位素分馏理论进行了探索和发展.随着科技的发展和同位素应用水平的提高,同位素技术还将在寒区旱区水科学中取得更大进展.