Deuterium Excess of Water Vapor in the Atmospheric Boundary Layer

大气边界层水蒸气氘过量

基本信息

  • 批准号:
    1520684
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-06-15 至 2019-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research explores using water vapor isotope observations for attributing the sources of water vapor to remote source regions, local influences, and transport in the atmospheric boundary layer (ABL). The ABL is the lowest ~1 km of the atmosphere and is a large reservoir of atmospheric water. The ABL water pool supports convective cloud formation. Condensation in clouds depletes vapor from the ABL. Entrainment or turbulent diffusion at the top of the ABL, transports vapor to the upper atmosphere. While both these processes deplete moisture from the ABL, new vapor enters this layer from land evapotranspiration and advection of moisture from remote source regions. Understanding how water moves between the ABL, the land, and the upper atmosphere is essential for accurate prediction of precipitation processes and for climate modeling. Deuterium and oxygen-18 are stable isotopes of hydrogen and oxygen. This study will use "deuterium excess" (d-excess) of water vapor, a measure of the relative abundance of the deuterium and oxygen-18 isotopes of water, to track the movement of water among the three pools and to identify contributions of local land and remote oceanic sources to the ABL vapor. A fundamental premise of the project is that both remote water sources and local ABL processes will imprint influences on vapor d-excess, but at very different time scales. The investigators postulate combined use of the analytical tools appropriate for these different time scales will unravel local influences from those originating from water transport from outside of the local domain. The proposal conceptualizes that the local hydrological cycle is composed of three pools of water (terrestrial water, vapor in the ABL, and vapor in the free atmosphere) and that exchanges among these pools will leave distinct signatures on the d-excess temporal variations. The research methodology consists of data analyses and ABL modeling. The experimental data are hourly observations made with laser-based instruments in 11 climate zones in North America and in Asia. An isotopic land surface model will quantify local evapotranspiration effects on temporal variations in vapor d-excess. Equilibrium boundary layer calculations and large-eddy simulations will be used to infer d-excess signal of the vapor in the free atmosphere and the entrainment influence on the ABL d-excess. Trajectory analysis will identify contributions from remote source regions. The project will contribute to capacity-building in isotope hydrology and in boundary-layer meteorology. Despite the recent explosive growth of laser-based vapor isotope measurements, current ability to interpret water transport processes with these measurements remains preliminary. The project could transform the field from descriptive to quantitative. Hands-on modules, designed from large-eddy simulation data and a simplified one-dimensional ABL model, will enhance classroom learning on ABL and isotopic principles. These modules will form the basis of an open online course on ABL techniques. A new data website will promote sharing of high-frequency vapor isotope data. As the volume of laser-based measurement continues to grow, a centralized data depository will facilitate investigations that transcend disciplinary and geographic boundaries.
本研究探索利用水蒸气同位素观测将水蒸气来源归因于远程来源区域、局部影响和大气边界层 (ABL) 中的传输。 ABL 是大气层最低的~1 公里处,是大气水的一个大水库。 ABL 水池支持对流云的形成。云中的凝结会消耗 ABL 中的蒸汽。 ABL 顶部的夹带或湍流扩散将蒸汽输送到高层大气。虽然这两个过程都会消耗 ABL 中的水分,但新的蒸汽会通过陆地蒸散和来自远程源区域的水分平流进入该层。了解水如何在大气层、陆地和高层大气之间移动对于准确预测降水过程和气候建模至关重要。氘和氧 18 是氢和氧的稳定同位素。这项研究将使用水蒸气的“氘过量”(d-过量)(衡量水中氘和氧 18 同位素的相对丰度)来跟踪三个水池之间的水运动,并确定当地水的贡献。陆地和偏远海洋来源的 ABL 蒸气。 该项目的一个基本前提是,偏远的水源和当地的 ABL 过程都会对水蒸气过量产生影响,但时间尺度却截然不同。研究人员假设,结合使用适合这些不同时间尺度的分析工具,将揭示来自当地域外的水运输对当地的影响。该提案提出,当地水文循环由三个水池组成(陆地水、ABL 中的水蒸气和自由大气中的水蒸气),这些水池之间的交换将在 d-excess 时间变化上留下明显的特征。研究方法包括数据分析和 ABL 建模。实验数据是利用激光仪器在北美和亚洲 11 个气候区每小时进行的观测数据。同位素地表模型将量化局部蒸散对水汽过量时间变化的影响。平衡边界层计算和大涡模拟将用于推断自由大气中蒸汽的d-excess信号以及夹带对ABL d-excess的影响。轨迹分析将识别来自远程源区域的贡献。该项目将有助于同位素水文学和边界层气象学的能力建设。尽管基于激光的蒸气同位素测量最近出现爆炸性增长,但目前利用这些测量解释水传输过程的能力仍处于初步阶段。该项目可以将该领域从描述性转变为定量。根据大涡模拟数据和简化的一维 ABL 模型设计的实践模块将增强 ABL 和同位素原理的课堂学习。这些模块将构成 ABL 技术开放在线课程的基础。新的数据网站将促进高频蒸气同位素数据的共享。随着基于激光的测量量持续增长,集中式数据存储将促进超越学科和地理界限的调查。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Xuhui Lee其他文献

Methane fl ux dynamics in a submerged aquatic vegetation zone in a subtropical lake
亚热带湖泊水下植被区的甲烷通量动态
  • DOI:
    10.1086/706184
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Mi Zhang;Q. Xiao;Zhen Zhang;Yun;Jiayu Zhao;Yini Pu;Wei Wang;W. Xiao;Shoudong Liu;Xuhui Lee
  • 通讯作者:
    Xuhui Lee
Nitrous oxide flux observed with tall-tower eddy covariance over a heterogeneous rice cultivation landscape.
在异质水稻种植景观中通过高塔涡流协方差观测到的一氧化二氮通量。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.152210
  • 发表时间:
    2021-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yanhong Xie;Mi Zhang;W. Xiao;Jiayu Zhao;Wenjing Huang;Zhen Zhang;Yongbo Hu;Zhihao Qin;L. Jia;Yini Pu;H. Chu;Jiao Wang;Jie Shi;Shoudong Liu;Xuhui Lee
  • 通讯作者:
    Xuhui Lee
Historical land use and land cover change reduced the temperature of cold extremes more than that of hot extremes
历史上的土地利用和土地覆盖变化对极端寒冷天气的温度降低幅度大于对极端炎热天气的温度降低幅度
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tao Tang;Xuhui Lee;Keer Zhang
  • 通讯作者:
    Keer Zhang
Determining the Isotopic Composition of Surface Water Vapor Flux From High-Frequency Observations Using Flux-Gradient and the Keeling Methods
使用通量梯度和 Keeling 方法通过高频观测确定地表水蒸气通量的同位素组成
  • DOI:
    10.1002/essoar.10501239.1
  • 发表时间:
    2019-12-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yongbo Hu;W. Xiao;Zhongwang Wei;L. Welp;X. Wen;Xuhui Lee
  • 通讯作者:
    Xuhui Lee
Quantification of Diffusive Methane Emissions from a Large Eutrophic Lake with Satellite Imagery.
利用卫星图像量化大型富营养化湖泊的扩散甲烷排放。
  • DOI:
    10.1021/acs.est.3c05631
  • 发表时间:
    2023-08-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Hongtao Duan;Q. Xiao;Tianci Qi;Cheng Hu;Mi Zhang;Ming Shen;Z. Hu;Wei Wang;W. Xiao;Yinguo Qiu;Juhua Luo;Xuhui Lee
  • 通讯作者:
    Xuhui Lee

Xuhui Lee的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Xuhui Lee', 18)}}的其他基金

Climate Impacts of Land Use and Land Cover Using Subgrid Information from Earth System Models
使用来自地球系统模型的子网格信息对土地利用和土地覆盖的气候影响
  • 批准号:
    1933630
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Carbon Dioxide and Water Vapor Isotopes in the Atmospheric Boundary Layer
大气边界层中的二氧化碳和水蒸气同位素
  • 批准号:
    0914473
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Experimental and Modeling Study of Ecosystem-Atmosphere Oxygen Isotopic Fluxes and Discrimination Mechanisms
合作研究:生态系统-大气氧同位素通量及判别机制的实验和模型研究
  • 批准号:
    0514904
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Development and Application of In-Situ Measurement of Water Vapor Isotopes For Hydrological And Ecological Research
水文和生态研究中水蒸气同位素原位测量的开发和应用
  • 批准号:
    0229343
  • 财政年份:
    2003
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Vegetation-Air Exchange in Non-ideal Conditions
非理想条件下的植被-空气交换
  • 批准号:
    0072864
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Standard Grant
A Career Development Plan: Nocturnal Atmospheric Exchange Over Forests
职业发展计划:森林夜间大气交换
  • 批准号:
    9629497
  • 财政年份:
    1996
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

西瓜枯萎病生防哈茨木霉对过量施氮的响应机制
  • 批准号:
    42367016
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    34 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
外侧缰核谷氨酸能-中脑腹侧被盖区多巴胺能神经环路介导药物过量性头痛发病的机制研究
  • 批准号:
    82301390
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
PINK1/Parkin介导的线粒体自噬在碘过量诱导的自身免疫性甲状腺炎中的作用机制研究
  • 批准号:
    82370794
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
节节麦抗甲基二磺隆关键基因AetGSTU6过量表达的转录调控机制
  • 批准号:
    32372570
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
氧化应激-过量谷氨酸-BDNF/TrkB功能受损介导慢性社会应激诱发抑郁症的机制研究
  • 批准号:
    32260200
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    34 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Leveraging Data Science Applications to Improve Children's Environmental Health in Sub-Saharan Africa (DICE)
利用数据科学应用改善撒哈拉以南非洲儿童的环境健康 (DICE)
  • 批准号:
    10714773
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
Forebrain electroneutral transporters in salt-sensitive hypertension
盐敏感性高血压中的前脑电中性转运蛋白
  • 批准号:
    10736529
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
Sodium in the Skin and Atopic Dermatitis: The SIS-AD Study
皮肤中的钠与特应性皮炎:SIS-AD 研究
  • 批准号:
    10712714
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
Mechanisms of Central Sodium Sensing and Salt-Sensitive Hypertension
中枢钠感觉与盐敏感性高血压的机制
  • 批准号:
    10620626
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
ALOX15 regulation of colon cancer invasiveness via PI3P-linoleic acid metabolism
ALOX15 通过 PI3P-亚油酸代谢调节结肠癌侵袭力
  • 批准号:
    10339182
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 46.75万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了