多源数据与土壤盐分运移模型同化及其不确定性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41571223
  • 项目类别:
    面上项目
  • 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:
    2016
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2016-12-31

项目摘要

This project was proposed to reveal the mechanism of assimilation using multi-source monitoring data and soil salt-transport model, and to illustrate the uncertainty of the simulation of regional soil salt dynamic based on multi-source data assimilation. Taking the coastal salt-affected farming area as the experimental site which was characterized by active soil water-salt movement and intensive agricultural cultivation, this project adopted the idea of assimilating multi-spectral remote sensing (Landsat 8 OLI) and proximal sensing (Electromagnetic induction EM38-MK2) data to the model of soil water flow and salt transport. Approaches such as periodical soil sampling by manual and in-situ monitoring with sensors, field-scale and regional models, numerical simulation and experimental validation were employed in this project. The primary objectives were to investigate and simulate the law of soil water-salt movement under typical cropping systems in the coastal salt-affected farming area, to discuss the scale convergence mechanism of profile soil salinity inversion using multi-spectral remote sensing and proximal sensing data, to study the method assimilating multi-source data to model of soil water flow and salt transport, to specify the uncertainty of the simulation of regional soil salt dynamic based on multi-source data assimilation, and to analyze the error sources and sensitive parameters of the simulation of regional soil salt dynamic. The findings of this project could provide theoretical reference for utilizing the assimilation of multi-source data and numerical model to simulate regional soil salt evolution, and provide practical guidance for soil water-salt movement regulation and soil salinization degradation prevention in coastal salt-affected farming area.
为揭示多源监测数据与盐分运移模型的同化方法与机制,阐明基于多源数据同化的区域土壤盐分运移模拟的不确定性,本项研究针对水盐运动活跃、农业集约化程度高的滨海盐渍化农区,运用将多光谱遥感(Landsat 8 OLI)和近感(磁感大地电导率仪EM38-MK2)监测数据同化到水盐运移模型的思路,采用定期采样与典型样点原位监测、点尺度模型与空间模型、数值模拟与试验验证相结合的方法,旨在分析滨海盐渍农区典型种植制度下土壤水盐运动规律及其数值模拟,探讨基于遥感和近地传感器监测数据的区域土体盐分反演的尺度衔接机制,研究多源数据与水盐运移模型的土壤盐分数据单点同化方法,明确基于多源数据同化的区域土壤盐分运移模拟的不确定性,解析区域土壤盐分运移模拟的误差来源与敏感参数。本研究成果为利用多源数据和数值模型同化进行区域土壤盐分动态模拟提供理论基础,对滨海农区土壤水盐调控与盐渍退化阻控具有重要指导意义。

结项摘要

土壤水盐运移多尺度模拟的不确定性是制约盐渍化预报与精准治理利用的主要因素,深层次的原因是传统土壤水盐运移过程模型与大尺度的监测信息尺度衔接机制不明确。本项目针对水盐运动活跃、集约化程度高的滨海盐渍化农区,采用将近地传感监测数据同化到水盐运移模型的思路,研究了滨海盐渍农区典型种植制度下土壤水盐运动规律及其数值模拟,分析了基于近地传感器监测数据的区域土体盐分反演的尺度衔接机制,重点探讨了多源数据与水盐运移模型的土壤盐分数据单点同化方法,解析区域土壤盐分运移模拟的不确定性与误差来源。结果表明:滨海盐渍农区典型种植制度下土壤水盐运动受自然因素与人为因素的共同作用,尤其是灌溉量与灌溉水质,且根系吸水显著影响水盐运动过程,建立的包括水分运动、盐分运动、根系吸水和作物生长模块的HYDRUS模型可用于土壤盐分运动的模拟,并达到了率定和验证要求。揭示了基于近地传感反演的田间土壤盐分尺度拓展与衔接机制,构建了综合应用线性混合效应模型LME和限制性最大似然REML的土壤盐分剖面重构方法。研究发现集合卡尔曼滤波(EnKF)能有效地同化近地传感观测到HYDRUS数值模型中,较单一HYDRUS模型模拟结果,同化值有较大程度的改进,且基于序贯同化的EnKF对剖面土壤盐分的同化效果优于四维变分4-D Var法,土壤盐分数据EnKF同化有效深度为40-60 cm,随着深度的增加同化效果减弱。农田尺度下EnKF对剖面土壤盐分也表现出正同化效果,同化与未同化条件下的非饱和水力传导度K相对差值、土壤盐分Cs调整量变化范围逐渐减小,随着深度的增加同化效应亦减弱;EnKF数据同化过程中误差来源于多方面,除了模型参数,驱动参数、物理模型自身不确定性与误差外,状态变量数据集合大小、引入观测数据的频率与有效深度等因素均不同程度的影响数据同化的精度。本项目揭示了土壤水盐运移模型与近地传感等多源监测信息的数据同化原理及其不确定性来源,对土壤盐渍化精确预报、精准管理和水土资源高效利用具有重要科学意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Digital Mapping of Soil Salinity and Crop Yield across a Coastal Agricultural Landscape Using Repeated Electromagnetic Induction (EMI) Surveys.
使用重复电磁感应 (EMI) 调查对沿海农业景观的土壤盐分和作物产量进行数字测绘
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0153377
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Yao R;Yang J;Wu D;Xie W;Gao P;Jin W
  • 通讯作者:
    Jin W
Geostatistical monitoring of soil salinity for precision management using proximally sensed electromagnetic induction (EMI) method
使用近端感应电磁感应 (EMI) 方法对土壤盐分进行地统计监测以实现精准管理
  • DOI:
    10.1007/s12665-016-6179-z
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    Environmental Earth Sciences
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wu, Dan-Hua;Xie, Wen-Ping;Gao, Peng;Wang, Xiang-Ping
  • 通讯作者:
    Wang, Xiang-Ping
Determining soil salinity and plant biomass response for a farmed coastal cropland using the electromagnetic induction method
使用电磁感应法测定沿海耕地的土壤盐分和植物生物量响应
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2015.10.020
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
    Computers and Electronics in Agriculture
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Shi-Yu Cui;Xiang-Ping Wang;Shi-Peng Yu;Xing Zhang
  • 通讯作者:
    Xing Zhang

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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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

        graph TD
          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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