青藏高原冻土区土壤温度的时空变化及影响因素的识别和模拟
批准号:
42101090
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱丹
依托单位:
学科分类:
景观地理和综合自然地理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱丹
中文摘要
全球气候变暖驱动了大范围冻土区土壤温度的升高,但土壤温度变化与气温变化呈现复杂、非线性的关系,具有巨大空间异质性。什么原因导致了不同区域和环境下冻土温度对气温变化响应的差异性,仍不清楚。过去关于冻土温度变化机制的研究大量集中在土壤水-热动力耦合作用上,然而越来越多观测显示冻土区植被特征和土壤有机质含量显著影响了土壤温度的动态变化,但目前在植被和土壤性质如何改变冻土温度对气温变化敏感性方面的认识有限。为此,本项目以青藏高原冻土区为研究对象,基于站点观测和遥感数据解析土壤温度对气温响应关系的关键影响因素;并在此基础上评估陆面过程模型能否准确刻画不同植被和土壤条件下的土壤温度对气温变化的敏感性,据此优化模型关键过程参数;利用改进的模型预估未来青藏高原冻土区土壤温度的时空变化格局。本项目的实施有利于加深对冻土区土壤温度变化的过程和机理的认识,进而为评估青藏高原生态系统功能的动态变化提供重要基础。
英文摘要
Global warming drives the observed widespread increase in soil temperature in permafrost regions, while changes in soil temperature display a complex, non-linear relationship with changes in air temperature, which is highly spatially heterogeneous. It remains unclear what environmental factors have caused the different sensitivities of soil temperature to air temperature changes. Previous studies have mostly focused on the coupling of soil thermal and hydraulic processes, while recent observations have shown that the vegetation characteristics and soil organic matter content significantly affect the permafrost soil temperature dynamics. However, our current knowledge regarding how vegetation and soil properties influence the sensitivity of soil temperature to air temperature changes is limited. Here, this project focuses on the permafrost regions in the Tibetan Plateau, which are characterized by diverse plant and soil properties and high spatial heterogeneity. The project aims to reveal the key influential factors that drive the response of soil temperature to air temperature changes based on site observations and remote sensing data. The project will then evaluate whether the process-based land surface model can reproduce the diverse sensitivities of soil temperature to air temperature under different vegetation and soil conditions, the result of which will be used to improve the structure/processes and parameters of the model. The improved model will then be used to project the future spatiotemporal dynamics of soil temperature on the Tibet Plateau. The implementation of this project is conducive to deepening the understanding of the processes and mechanism of permafrost soil temperature dynamics, and thus provides an important basis for evaluating the dynamic changes of ecosystem functions on the Tibet Plateau.
冻土区是陆地生态系统对气候变化响应和反馈的重点研究区域,准确量化冻土区土壤温度对气候变暖的响应,是评估和预测冻土稳定性的先决条件。本项目围绕青藏高原冻土区土壤温度的时空变化格局及其模拟开展研究,包括以下三方面研究内容和结果:(1) 通过分析青藏高原和泛北极站点监测数据,发现全土壤剖面均显著响应气候变暖,深层土壤平均升温速率为表层速率的60%以上,且存在巨大空间差异,受到土壤有机碳含量的显著影响;相比之下,当前野外增温控制实验常用的自上而下升温技术普遍低估了深层土壤的升温幅度,可能导致对土壤碳释放量的低估。(2) 基于ORCHIDEE陆面过程模型,利用多源观测数据系统评估了模型对青藏高原冻土热状态的模拟精度;结果表明模型能较好复现土壤温度的垂直分布和季节变化,但在部分站点高估了春季土壤温度回升幅度;活动层厚度方面,模型在浅层站点存在低估,深层站点存在高估,但能够较好复现活动层厚度对气候年际波动的响应,增强了其对未来冻土退化模拟的可靠性;对比青藏高原与泛北极冻土区,ORCHIDEE模型的模拟精度未呈现明显差异。(3) 基于CMIP6五个地球系统模型的气候数据,模拟了未来百年不同气候变化情景下青藏高原冻土热状态的时空变化;模拟结果显示,SSP5-8.5高排放情景下,青藏高原永冻土几乎消失;即使在低排放的SSP1-2.6情景下,剩余永冻土的活动层厚度也会大幅加深,可能对冻土区生态系统功能产生深远影响;此外,不同气候模式驱动的冻土分布存在较大差异,尤其在低排放情景下,模型间差异已接近不同情景之间的多模式平均值差异。研究成果为深入理解青藏高原冻土热状态如何响应气候变化及其未来演变提供了科学依据,为预测冻土区生态系统的未来变化提供了重要参考。已发表SCI论文7篇,包括多篇Global Change Biology论文,完成项目计划指标。
儿茶酚胺抑素catestatin在心脏重塑中的功能和机制研究
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批准号:81200167
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2012
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负责人:朱丹
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依托单位:
国内基金
海外基金