热脉冲-时域反射技术测定冻土水热性质的关键影响机制及数据分析方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41501231
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Coupled water flow and heat transport that is of critical importance for land-atmosphere water and energy exchange and land surface hydrological cycles, is the key to the frozen soil water and heat related researches. Currently, the difficulties in accurate measurement of soil hydraulic and thermal properties (e.g., unfrozen water content, ice content, volumetric heat capacity, thermal conductivity, and thermal diffusivity) significantly hinder our understanding of water and heat dynamics and affect the performance of numerical simulations. Although time domain reflectometry and heat pulse methods have been widely used in both laboratory and field studies for automated and continuous measurement of hydraulic and thermal properties of unfrozen soils, their applications in frozen soils are limited by the data analysis strategies to estimate these properties that are affected by subfreezing temperature, water redistribution, and heat pulse-induced ice melting. To better understand the factors and their mechanisms that influence the estimation of hydraulic and thermal properties, the time domain reflectometry, heat pulse, multiphase dielectric mixing model, and the ice melting quantification approach are integrated in this project, comprehensive and in-depth lab experiments and numerical simulations will also be conducted. The implementation of this project will develop optimal data analysis strategies for estimating frozen soil hydraulic and thermal properties. The novel strategies will advance studies pertaining to frozen soil water flow and heat transport, lay a solid technical and theoretical foundation for engineering in cold regions and studies of land-atmosphere interactions, cryospheric ecology and environment, and climate change.
冻土水热耦合传输对陆地与大气的水分、能量交换和陆面水文循环起着非常重要的调节作用,是冻土水热研究的重点。目前由于无法准确获取冻土的水热性质,与其相关的水热动态及数值模拟研究受到极大限制,这严重阻碍了冻土水热研究的发展。目前连续定位测定融土水热性质的时域反射和热脉冲技术已广泛用于室内及田间实验,但由于受冻土中相变、温度、水分迁移和潜热(由热脉冲放热融化冰产生)的影响,传统数据分析方法无法准确计算冻土的总含水量和热性质。为了解决该问题,本研究拟结合热脉冲、时域反射、多相介质混合模型及量化融冰量等,通过实验验证及数值模拟分析,明确热脉冲-时域反射技术测定冻土水热性质的主要影响因子及其机制,并以此为基础建立一种准确计算冻土水热性质的新方法。该方法可准确连续定位测定冻土的水热性质,促进冻土水热耦合传输研究的发展,为寒区工程建设、冰冻圈生态环境与气候变化研究提供重要的科学参考和理论依据。

结项摘要

热脉冲-时域反射技术(Thermo-TDR)是目前唯一可以连续定位测定土壤水和热特性的方法,但其在冻土中的应用由于受到相变等因素的影响而不能准确应用。本研究从Thermo-TDR的热脉冲和TDR两个方面出发,通过实验验证、元数据分析及模型评价分析等方法来促进该方法的应用。通过三年的理论和实验研究,在一下方面取得了显著进展:(1)首次系统综述了热脉冲技术过去130余年的发展史,尤其是从上世纪50年代以来单针热脉冲技术、90年代以来的双针热脉冲技术及近年来的分布式光纤在土壤学中应用的研究进展,并分析提出了未来的研究方向;(2)开发了适用性广泛且准确度高的土壤热导率预测模型,较现有模型其性能得到显著提高;(3)系统评价了TDR用于测定土壤含水量的预测模型,为准确应用TDR奠定基础。这些研究成果对深入研究和模拟气候变化条件下土壤的水分和热量的耦合运移具有理论意义和应用价值。在该项目的支持下,目前已获得软件著作权登记证书一份,发表科研论文7篇,其中SCI收录期刊5篇(均标注该项目课题号)。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Distributed Temperature Sensing for Soil Physical Measurements and Its Similarity to Heat Pulse Method
土壤物理测量的分布式温度传感及其与热脉冲法的相似性
  • DOI:
    10.1016/bs.agron.2017.11.003
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    ADVANCES IN AGRONOMY, VOL 148
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    He, Hailong;Dyck, Miles F.;Si, Bingcheng
  • 通讯作者:
    Si, Bingcheng
Spatiotemporal variability and predictability of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) in Alberta, Canada
加拿大艾伯塔省归一化植被指数 (NDVI) 的时空变异性和可预测性
  • DOI:
    10.1007/s00484-015-1132-5
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOMETEOROLOGY
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Jiang, Rengui;Xie, Jiancang;Yang, Mingxiang
  • 通讯作者:
    Yang, Mingxiang
A modified normalized model for predicting effective soil thermal conductivity
用于预测有效土壤导热系数的修正归一化模型
  • DOI:
    10.1007/s11440-017-0563-z
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    ACTA GEOTECHNICA
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    He, Hailong;Zhao, Ying;Wang, Jinxin
  • 通讯作者:
    Wang, Jinxin
Evaluation of five composite dielectric mixing models for understanding relationships between effective permittivity and unfrozen water content
评估五种复合电介质混合模型,以了解有效介电常数和未冻结水含量之间的关系
  • DOI:
    10.1016/j.coldregions.2016.07.006
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Cold Regions Science and Technology
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    He Hailong;Dyck Miles;Zhao Ying;Si Bingcheng;Jin Huijun;Zhang Tingjun;Lv Jialong;Wang Jinxing
  • 通讯作者:
    Wang Jinxing
Development and Application of the Heat Pulse Method for Soil Physical Measurements
土壤物理测量热脉冲法的开发与应用
  • DOI:
    10.1029/2017rg000584
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    REVIEWS OF GEOPHYSICS
  • 影响因子:
    25.2
  • 作者:
    He, Hailong;Dyck, Miles F.;Si, Bingcheng
  • 通讯作者:
    Si, Bingcheng

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    胡绍燕
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  • 通讯作者:
    刘宏
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭安祥

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土壤导热系数及水分特征曲线协同影响机制及定量转换函数关系研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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