湖冰生物光学特征研究

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基本信息

项目摘要

The optical properties of lake ice are crucial for the physical,chemical and biological processes of both the ice and underlying water ecosystems. Thus, this research is focused on the optical properties of lake ice locating in northeast of China, and try to examine the factors that regulate lake ice apparent optical properties (e.g., reflectance, albedo, transmittance and attenuation coefficient) and inherent optical properties (e.g., absorption and scattering). To date, more efforts have been devoted to the optical properties of sea ice, however, the lake ice optical properties were less investigated. This project is proposed to investigate the typical lake ice optical properties from both fresh and brackish inland waters. Along with in situ ice coring and underlying water sampling, spectral reflectance, albedo, attenuation coefficient (Kd) and transmittance will be collected or calculated through radiometric measurements. Laboratory analysis will be conducted on ice melted water and underlying water samples to determine inherent optical properties, particularly particulate matter (PM) and colored dissolved organic matter (CDOM). Further, ice melted water and underlying water physical, chemical and biological parameters are to determined for analyzing the controlling factors affecting lake ice optical properties. Comparison will be conducted to examine the lake ice inherent optical properties for both fresh and brackish lakes. The contribution of PM and CDOM absorption on the total ice absorption and their effects on ice transmittance will be investigated. The optically active constituents in lake ice will be traced for their sources; the relationship of the physiochemical parameters between lake ice and underlying water will be examined. The relationship between apparent and inherent optical properties will be explored based on the bio-optical model. Finally, the impact of lake ice apparent and inherent optical properties on underlying water primary productivity will be analyzed. The implementation of the proposed project will promote our understanding and accumulate the knowledge of the lake ice optical properties and it controlling mechanism. The potential findings from this study could be beneficial to quantitative remote sensing of the lake ice monitoring, also it could provide scientific basis for lake ice growing-melting process assessment, ice monitoring and management in northeast of China.
深入探讨与分析湖冰光学特性,定量阐明影响湖冰生物光学特性的主要因子,对理解太阳辐射在内陆湖冰中的传输、湖冰消长及冰下水生生态过程都有重要意义。相对海冰而言,湖冰组分与光学特性更为复杂,但是针对湖冰生物光学特性研究较少,亟待深入开展系统研究。本项目选择东北典型淡水与咸水湖冰为研究对象,通过野外观测、室内控制实验与测试分析、生物光学特性解析等方法,研究湖冰(含积雪)反照率、衰减系数、透过率等表观光学特性的时空变化及其差异;分析湖冰中的光学活性物质(藻类与非藻类颗粒物、CDOM)对湖冰吸收的贡献率,并阐明对光透过率的影响;揭示湖冰中主要光学活性物质的来源,研究湖冰的理化性质与冰下水体的关系,并阐明环境要素对湖冰及其冰下水体藻类生物量的影响。本项目的实施有助于提升湖冰的光学特性及其机理的认识,可以为湖冰理化性质遥感研究提供科学依据;对湖冰消融过程、北方冰凌监测与冰情管理具有潜在的应用价值。

结项摘要

深入研究与分析湖冰光学特性,定量阐明影响湖冰生物光学特性的主要因子,对理解太阳辐射在内陆湖冰中的传输、湖冰消长及冰下生态与环境过程都有重要意义。湖冰组分与来源及其光学特性复杂,针对湖冰中的光学活性物质开展生物光学特性及其对辐射传输的影响研究较少,亟待深入开展系统研究。本项目以东北典型淡水与咸水湖冰为研究对象,通过野外观测、室内控制实验与测试分析、生物光学特性解析等方法,构建典型湖冰表观光学特征数据库,研究了湖冰遥感反射率、衰减系数、透过率等表观光学特性的时空变化及其差异;深入分析了湖冰中的光学活性物质(藻类与非藻类颗粒物、CDOM)对湖冰吸收的贡献率,揭示湖冰中的光学活性物质的吸收对湖冰消光系数的贡献率;系统研究了湖冰中主要光学活性物质的来源,并阐明了湖冰的理化性质与冰下水体的关系,及其环境要素对湖冰及其冰下水体藻类生物量的影响。并以湖冰生物光学特性为依据,通过MODIS遥感数据研究了东北大型湖泊与水库的湖冰物候特征及其时空差异,为全球变化背景下开展湖冰特性遥感反演及其影响因素分析提供了重要的技术支撑。在国家需求目标上,提升了我国在湖冰生物光学传输机理和湖冰生态学方面的认识水平,为进一步应对全球变化背景下高寒地区湖泊生态系统变化及遥感监测提供重要科学依据;对湖冰消融过程、北方冰凌监测与冰情管理具有潜在的应用价值。目前已经发表SCI论文16篇,CSCD论文7篇,申请发明专利5项,授权软件著作权6项,组织召开全国水环境大会2次,达到了计划书中的指标要求。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Carbon dioxide emissions from lakes and reservoirs of China: A regional estimate based on the calculated pCO2
中国湖泊水库二氧化碳排放:基于pCO(2)计算的区域估算
  • DOI:
    10.1016/j.atmosenv.2017.09.032
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Atmospheric Environment
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhidan Wen;Song KS;Yingxin Shang;Chong Fang;Lin Li;Lili Lv;Xianguo Lv;Lijiang Chen
  • 通讯作者:
    Lijiang Chen
查干湖和新立城水库秋季水体悬浮颗粒物和 CDOM 吸收特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李思佳;宋开山;赵莹
  • 通讯作者:
    赵莹
辽河东西支流与干流水体光学特性和组分对比研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵田田;宋开山;丁智;赵莹;张柏
  • 通讯作者:
    张柏
Characterization of CDOM from urban waters in Northern-Northeastern China using excitation-emission matrix fluorescence and parallel factor analysis
利用激发发射矩阵荧光和平行因子分析表征中国北部和东北城市水域的 CDOM
  • DOI:
    10.1007/s11356-016-6703-4
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Zhao Y;Song KS;Li SJ;Ma JH;Wen ZD
  • 通讯作者:
    Wen ZD
Retrieval of CDOM and DOC Using In Situ Hyperspectral Data: A Case Study for Potable Waters in Northeast China
利用原位高光谱数据反演 CDOM 和 DOC:以中国东北地区饮用水为例
  • DOI:
    10.1007/s12524-015-0464-2
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Journal of the Indian Society of Remote Sensing
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Shao Tiantian;Song KS;Du Jia;Zhao Ying;Liu Zhiming;Zhang Bai
  • 通讯作者:
    Zhang Bai

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其他文献

辽河下游CDOM吸收与荧光特性的季节变化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵莹;宋开山;杜嘉;丁智
  • 通讯作者:
    丁智
松嫩平原不同地表覆盖蒸散特征的遥感研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾丽红;杜嘉;宋开山;张柏;王宗明
  • 通讯作者:
    王宗明
农业非点源污染国内外研究进展.
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国农学通报,2007, 23(9): 468-472. (中国科技核心期刊)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王宗明;张柏;宋开山;刘殿伟
  • 通讯作者:
    刘殿伟
基于GIS与USLE的牡丹江市退耕还林前后水土流失变化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业现代化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高凤杰;张柏;王宗明;宋开山;任春颖;雷国平;宋戈;宁静
  • 通讯作者:
    宁静
基于HJ-CCD和MODIS的吉林省中西部湖泊透明度反演对比
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    湖泊科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋开山;邵田田;赵莹;温志丹
  • 通讯作者:
    温志丹

其他文献

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宋开山的其他基金

若尔盖湿地时空格局演变机制及生态服务功能提升策略
  • 批准号:
    U2243230
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    245.00 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
湖泊反照率主控因子与遥感反演研究
  • 批准号:
    42171374
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    56.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
湖泊反照率主控因子与遥感反演研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
咸水湖泊固有光学-偏振-介电特性研究
  • 批准号:
    41730104
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    316.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目
内陆浑浊水体叶绿素a与藻清蛋白(PC)遥感反演研究
  • 批准号:
    41171293
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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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

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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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