快速城市化对稻田流域蒸散发及生态水文过程的影响机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41571026
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0702.环境水科学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Paddy wetlands are the main land use type across southern China. However, the ecosystem service functions of these artificial wetlands are being threatened by massive urbanization in the region. Paddy wetlands impact the regional environments by affecting evapotranspiration (ET) and other water and energy related processes. Converting water stress-free paddy fields to "dry" urban uses or impervious surfaces is bound to affect the watershed hydrological processes. However, the mechanisms and key processes of ET and other ecohydrological processes are still not fully understood, which limits the evaluation of watershed ecosystem services function of rice paddies. In this project, a multi-scaled (plot to watershed) water and energy balance, and multi-ecohydrological processes were investigated by integrating advanced techniques of field experiments, remote sensing, and simulation models. We conduct our case study in the Qinhuai river basin in the highly urbanized Yangtze River Delta region. The overall goal of this study is to understand the key driving processes of ET and its mechanisms underlining the hydrologic impacts of converting rice paddy fields to urban uses. The dynamic relationships between ET at the plot scale and the watershed scale will be identified. The changes of ET in different seasons for various land use and land covers will be compared, and their spatio-temporal differences, sensitivity and key thresholds will be quantitatively determined. The dominant hydrological disturbance processes controlling water balances and their variations with the converting of paddy fields to urban uses will be identified. Based on this study, the traditional watershed ecohydrological simulation model (SWAT) will be improved and adapted for the paddy field-dominated basin. Study results provide a reliable tool for ecosystem services assessment and watershed management in the highly urbanized regions in southern China.
稻田湿地是我国南方地区主要土地利用方式,但其生态系统服务功能受快速城市化的威胁日趋严重。稻田通过影响地表蒸散发等水热过程,对区域生态环境有着重要影响。大范围稻田湿地转为较“干”的城市用地,势必改变陆面水文过程。然而,由于对稻田影响流域蒸散发的深层次机理和关键过程不明,导致稻田生态系统服务功能被严重低估。拟选取长三角地区快速城市化的秦淮河流域,综合采用样地对比观测、遥感解译与模型模拟技术,开展多尺度、多要素、多过程的能量与水量平衡研究,阐明稻田蒸散发变化对流域水文过程的关键驱动与时空影响机制;建立蒸散发在样地与流域尺度间的动态转化关系;量化不同土地利用类型影响蒸散发变化的时空差异、敏感区间及关键阈值;厘清稻田转为城市用地影响流域水量平衡的主导干扰水文学过程;在此基础上,改善传统水文模型模拟稻田流域生态水文过程的能力。为合理评价南方快速城市化地区生态系统服务功能和提高流域管理水平提供科学基础。

结项摘要

采用野外调查、地面对比观测、遥感解译,模型模拟和情景分析等方法,从流域水热耦合、植被-大气耦合关系出发,统一认识了实际蒸散发与参考蒸散发间的关系;揭示了亚热带湿润地区城市化通过影响蒸散发,进而影响流域水文过程和水热平衡的关键驱动机制;确定了不同土地覆被类型影响流域蒸散发的时空差异和敏感区域;量化了不同地表覆被类型对流域水热平衡的影响及其时空差异;发展了流域尺度水文模型优化技术,改进了传统流域水文模型的稻田蒸散发模拟能力。研究发现,城市土地覆被变化的负贡献抵消并超过了气候变暖和城市热岛的正贡献,使得流域实际蒸散发在研究时段内下降,尤其在植被显著减少、地表温度显著上升的城乡交界区;稻田转为城市用地对流域蒸散发的负贡献率从53%(2000年)增至61%(2013年),气候的正贡献率从47%降到39%;只有考虑植被和土壤等下垫面条件的变化,才能统一认识实际蒸散发与参考蒸散发间的关系。发现植被叶面积指数的显著减少与不透水面的显著增加,使得蒸散发及其组分呈现相反的变化趋势, 植被蒸腾、冠层截留与土壤蒸发的减少量大约是积水蒸发增加量的2.5倍。稻田减少是流域总径流、基流、枯水径流和暴雨径流增加的主要原因,稻田每减少10%,流域蒸散发减少10%,导致年总径流增加30%。原下垫面是森林或稻田的城市化地区,不仅极端降水更易引发流域洪涝灾害,而且城市化降低了稻田湿地的“生物排水”功能,常规降水也可能导致极端水文效应,从而在流域尺度上出现“小雨大涝”现象。城乡交界区因地表蒸散发显著下降导致的潜热通量变化主导了整个流域地表能量再分配过程及地表热量平衡项的变化趋势,并加重了城市热岛等一系列城市环境效应。研究结果为从流域生态系统角度认识近年来新出现的不同尺度城市环境效应,提高流域水资源管理和决策水平提供了科学支撑。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
亚热带地区水稻田地表反照率变化特征
  • DOI:
    10.13930/j.cnki.cjea.170276
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生态农业学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    白昕欣;黄萧霖;秦孟晟;张岳芳;陈留根;郭智;郝璐
  • 通讯作者:
    郝璐
Quantifying the effects of overgrazing on mountainous watershed vegetation dynamics under a changing climate
量化气候变化下过度放牧对山区流域植被动态的影响
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2018.05.224
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Lu;Pan Cen;Fang Di;Zhang Xiaoyu;Zhou Decheng;Liu Peilong;Liu Yongqiang;Sun Ge
  • 通讯作者:
    Sun Ge
Hydrological Effects of Vegetation Cover Degradation and Environmental Implications in a Semiarid Temperate Steppe, China
中国半干旱温带草原植被退化的水文效应及其环境影响
  • DOI:
    10.3390/su9020281
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    SUSTAINABILITY
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun Lei;Yang Lizhe;Hao Lu;Fang Di;Jin Kailun;Huang Xiaolin
  • 通讯作者:
    Huang Xiaolin
Combined effects of climate and land management on watershed vegetation dynamics in an arid environment
气候和土地管理对干旱环境流域植被动态的综合影响
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2017.02.210
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Peilong;Hao Lu;Pan Cen;Zhou Decheng;Liu Yongqiang;Sun Ge
  • 通讯作者:
    Sun Ge
Detection of the Coupling between Vegetation Leaf Area and Climate in a Multifunctional Watershed, Northwestern China
西北多功能流域植被叶面积与气候耦合检测
  • DOI:
    10.3390/rs8121032
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Lu;Pan Cen;Liu Peilong;Zhou Decheng;Zhang Liangxia;Xiong Zhe;Liu Yongqiang;Sun Ge
  • 通讯作者:
    Sun Ge

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其他文献

冻融干湿循环条件下压砂砾石损伤过程
  • DOI:
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    2021
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郝璐
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王家强;彭杰;王煜东;郝璐
  • 通讯作者:
    郝璐
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦孟晟;郝璐;施婷婷;孙磊;孙阁
  • 通讯作者:
    孙阁
塔里木灌区参考作物蒸散与蒸发皿蒸发量比较分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    灌溉排水学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王煜东;彭杰;王家强;郝璐
  • 通讯作者:
    郝璐
秦淮河流域汛期气候变化及其对径流的潜在影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    科学技术与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱虹;栾承梅;吴炳娟;郝璐
  • 通讯作者:
    郝璐

其他文献

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郝璐的其他基金

“林业、水资源和生计”综合途径:基于自然的解决方案实现尼泊尔可持续发展
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    295 万元
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湿润区生态水文变化影响城市群热岛干化效应的过程和机制
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相似国自然基金

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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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