流域骤发性干旱形成机制与定量评估方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41807165
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0702.环境水科学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Flash drought is an extreme climate phenomenon frequently occurs in different regions and most often in growing seasons. Different from the traditional creeping property of drought, flash drought has an extraordinarily rapid onset. This leads to existing drought evaluation methods with slow response and low sensitivity to the fast variation of moisture anomaly seem incompetent to capture the real status of flash drought. The objective of this program therefore, is to develop a new quantitative assessment method based on the formation mechanism of flash drought. Specifically, the abnormal conditions of meteorological factors during the initial drought stage will be detected by using routine hydro-meteorological observations, hydrological model simulations and remote sensing derived drought information. The relationships between flash drought trends and occurrence frequency, versus atmospheric circulation factors will be analyzed to explore the driving mechanism of climatic forces on flash drought. To search for the suitable variables for moisture description and optimal time scales for flash drought monitoring, the statistical relationships between key hydrological variables versus flash drought duration and variation rate of severity during drought development stage will be investigated. Then a functional relationship will be established to describe the non-linear structure among explanatory variables, and a standardized algorithm with a short time scale (weekly or a period of ten days) effect will be proposed. On this basis, a physically based drought assessment method which considers the formation mechanism and rapid-changing characteristics of flash drought will be developed. The expected progresses are of great significance for a deep understanding of drought evolution mechanism, which are promising to provide some scientific technical supports for drought monitoring and prevention.
骤发性干旱(简称骤旱)是近年来在全球不同地区尤其是作物生长季频繁发生的极端气候现象。区别于传统干旱缓慢、蠕变的特点,骤旱爆发异常迅速,现有干旱评估方法在识别旱情时容易出现反应迟缓、灵敏度低等缺陷,难以反映骤旱的真实状态。针对上述问题,本项目拟采用站点观测、水文模型模拟及遥感反演相结合的手段,诊断旱情形成初期区域气象因子的异常状态,分析骤旱演变趋势、发生频次与大气环流因子的成因联系,揭示触发骤旱的气候驱动机制;建立骤旱发展阶段关键水文要素变化特征与旱情持续时间、强度增减速率的统计关系,甄别能够有效捕捉骤旱演进过程的敏感解释变量和最佳时间尺度;在此基础上,建立描述解释变量非线性关联结构的函数关系,提出具有周、旬短时间尺度效应的标准化算法,进而研制能够考虑骤旱物理成因和快速变化特性的干旱评估方法。本项目对于深入认识干旱形成发展机理具有重要理论意义,可为科学开展流域旱灾监测与防治提供技术支撑。

结项摘要

干旱作为典型自然灾害,具有自然属性、灾害属性和社会属性多面特征。全球气候变化加速了水循环进程,改变了陆地水文情势的时空格局,同时也潜移默化地改变了干旱的内在属性,使其表现形式从缓慢、蠕变的特点衍生出历时短、强度高、速度快的异常现象,即为骤发干旱(简称骤旱)。骤旱的出现不仅打破了传统理解,同时在定义、机理上也提出了更高的需求。本项目了深入剖析干旱事件的形成过程及驱动机制,识别了干旱事件的形成发展过程,探明了流域骤发干旱形成初期气象异常条件的驱动机制,解译了旱情演进过程中蒸散发、土壤水的变化特征及互馈影响作用,构建了基于人工智能技术的骤旱定量评估方法。取得的研究成果主要体现在以下3个方面:①系统分析淮河流域和黄河流域干旱的历时、烈度、强度多维度特征,采用线性回归、Copula函数(非线性)开展干旱多维度特征频率分析,深入剖析干旱事件的形成过程及驱动机制,确定流域监测骤发干旱的最佳时间尺度;②以中国大陆为研究区,识别了骤发性干旱的形成发展过程,探明了流域骤旱形成初期气象异常条件的驱动机制,解译了旱情演进过程中蒸散发、土壤水的变化特征及互馈影响作用,发现了骤旱比传统缓慢干旱具有更强的气象驱动力,变化幅度约超过缓慢干旱0.5个标准差;③构建了综合表征流域水热通量动态变化的水分亏缺参数方案,提出了有效考虑土壤水分快速衰减(变化)特性的周时间尺度标准化过程,基于机器学习、深度学习等人工智能方法,研发了骤发干旱定量识别模拟方法。项目执行期间在国内外学术刊物发表论文21篇(其中SCI论文16篇),申请发明专利4项(授权1项),软件著作权2项,10人获得博士硕士学位,获得教育部自然科学二等奖1项。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Spatial and Temporal Characterization of Drought Events in China Using the Severity-Area-Duration Method
使用严重度-面积-持续时间方法描述中国干旱事件的时空特征
  • DOI:
    10.3390/w12010230
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Water
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Yang Xiaoli;Zhang Linyan;Wang Yuqian;Singh Vijay P.;Xu Chong-Yu;Ren Liliang;Zhang Mengru;Liu Yi;Jiang Shanhu;Yuan Fei
  • 通讯作者:
    Yuan Fei
Flash droughts characterization over China: From a perspective of the rapid intensification rate
中国突发干旱特征:从快速加剧率的角度
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2019.135373
  • 发表时间:
    2020-02-20
  • 期刊:
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Liu, Yi;Zhu, Ye;Jiang, Shanhu
  • 通讯作者:
    Jiang, Shanhu
Evaluation of seventeen satellite-, reanalysis-, and gauge-based precipitation products for drought monitoring across mainland China
用于中国大陆干旱监测的 17 个卫星、再分析和测量降水产品的评估
  • DOI:
    10.1016/j.atmosres.2021.105813
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Atmospheric Research
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Wei Linyong;Jiang Shanhu;Ren Liliang;Wang Menghao;Zhang Linqi;Liu Yi;Yuan Fei;Yang Xiaoli
  • 通讯作者:
    Yang Xiaoli
Understanding the Spatiotemporal Links Between Meteorological and Hydrological Droughts From a Three-Dimensional Perspective
从三维视角认识气象水文干旱的时空联系
  • DOI:
    10.1029/2018jd028947
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Liu Yi;Zhu Ye;Ren Liliang;Singh Vijay P;Yong Bin;Jiang Shanhu;Yuan Fei;Yang Xiaoli
  • 通讯作者:
    Yang Xiaoli
基于短时间尺度自适应帕尔默干旱指数的中国干旱演变特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水资源保护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱烨;靳鑫桐;刘懿;郑丽虹;张林齐;王文
  • 通讯作者:
    王文

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其他文献

中国近60年干旱热浪演变趋势及并发特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    长江科学院院报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖国清;朱烨;吴光东;王文;刘懿;朱玲玲
  • 通讯作者:
    朱玲玲
亚临界/超临界汽油喷雾特性
  • DOI:
    10.16236/j.cnki.nrjxb.201505059
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    内燃机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张淼;裴毅强;郑朝蕾;刘懿;张岩;刘冰
  • 通讯作者:
    刘冰
基于应力与围岩分类的冲击地压危险性评价研究
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    10.13722/j.cnki.jrme.2016.1203
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜福兴;刘懿;翟明华;郭信山;温经林;刘心广;马幸福
  • 通讯作者:
    马幸福
基于网络流的避洪转移模型
  • DOI:
    10.13577/j.jnd.2016.0107
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    自然灾害学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王婷婷;周建中;江焱生;翁朝晖;刘懿;张诚
  • 通讯作者:
    张诚
单边带光载 LDPC-OFDM系统的传输性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    席在芳;刘懿;吴笑峰;胡仕刚
  • 通讯作者:
    胡仕刚

其他文献

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刘懿的其他基金

基于传递机理深度学习的极端干旱形成过程模拟及未来预估
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于传递机理深度学习的极端干旱形成过程模拟及未来预估
  • 批准号:
    42171021
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

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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