基于观测约束估算东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41605083
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    19.0万
  • 负责人：
    戴铁
  • 依托单位：
    中国科学院大气物理研究所
  • 学科分类：
    D0511.大气数值模式发展
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Anthropogenic and natural aerosol mass concentrations are simulated with an online aerosol-coupled Non-hydrostatic ICOsahedral Atmospheric Model (NICAM). Background ensemble simulations are performed by perturbing the emission inventories. The aerosol optical properties retrieved from the ground-based AERONET and space-based MODIS are assimilated with the Local Ensemble Transform Kalman Filter (LETKF) every six hours to adjust the analyzed variables aerosol mass concentrations for the year of 2010. The improved predictions of anthropogenic and natural aerosol mass concentrations will be then used as the input of the correlated K-distribution-based radiation module MSTRN8, which is online coupled with the NICAM, to calculate the shortwave aerosol direct radiative forcing of each anthropogenic aerosol component at the top of the atmosphere and at the bottom. The effect of the aerosol chemical composition on the direct radiative forcing will be investigated then. Finally, the spatial and temporal characteristics of the anthropogenic aerosol direct radiative forcing over East Asia will be analyzed quantitatively. The implementation of this project can provide reference to deeply understand the climate effect of anthropogenic aerosol and the future interventions and solutions over East Asia.
改进高分辨率非静力平衡大气模式NICAM在线耦合的气溶胶模块SPRINTARS, 建立在源排放和预报变量中区分自然和人为源的多成分气溶胶模式, 模拟各种气溶胶的质量浓度。通过扰动气溶胶排放场进行集合预报，基于局地集合转换卡尔曼滤波方法，每6小时同化一次地面AERONET和卫星MODIS反演的气溶胶光学特性，优化模式模拟的气溶胶质量浓度，生成2010年的多种人为源和自然源气溶胶成分质量浓度水平和垂直分布数据。观测优化模拟的人为气溶胶质量浓度将进一步输入NICAM在线耦合的K-分布辐射传输模块MSTRN8，定量计算各种人为气溶胶大气顶和地面短波直接辐射强迫，研究气溶胶化学成分对其直接辐射强迫的影响。在此基础上，最终给出东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫时空分布特征。本项目实现气溶胶地面和卫星观测以及模式模拟的综合集成，将为深入了解东亚地区人为气溶胶气候效应及制定应对策略提供一定的科学依据。

结项摘要

项目针对当前模式模拟的人为气溶胶时空分布及其直接辐射强迫不确定性问题，结合现有地面和卫星气溶胶观测特点，利用气溶胶资料同化技术约束模式模拟，提高东亚地区气溶胶模拟精度，进而基于辐射传输模式优化东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫的定量估算精度，最终确定东亚地区人为源气溶胶直接辐射强迫时空分布特征及其成因。.基于局地集合转换卡尔曼滤波（LETKF）同化方法，通过随机扰动气溶胶及其前体物源排放，建立了同化变量为气溶胶质量浓度的集合资料同化系统，实现对地面AERONET和卫星MODIS气溶胶光学特性观测资料的独立和联合同化。项目发展的气溶胶资料集合同化系统，有效提高了模式全球尤其是东亚地区气溶胶时空分布变化的模拟能力。建立了2010年观测约束模拟的逐6小时沙尘、海盐、硫酸盐，黑碳和有机碳气溶胶质量浓度水平和垂直分布数据集。.基于观测约束模式模拟，优化了东亚地区人为气溶胶地面和大气顶直接辐射强迫估算。东亚地区2010年区域年平均人为气溶胶地面和大气顶直接辐射强迫值分别为-6.17和-2.67W/m2，较无同化试验估算的地面和大气顶直接辐射强迫值分别减小了0.39和0.56W/m2。有机碳气溶胶引起的东亚地区地面和大气顶直接辐射强迫较黑碳和硫酸盐气溶胶具有更显著的季节变化特征，春季最大，秋季最小，春季地面和大气顶直接辐射强迫约为秋季的2倍。总的人为气溶胶引起的东亚地区地面和大气顶直接辐射强迫春夏季较大、秋冬季较小。春夏秋冬区域平均地面直接辐射强迫分别为-8.33、-8.16、-4.97和-4.68W/m2；大气顶直接辐射强迫分别为-3.75、-4.20、-2.34和-1.53W/m2。.项目研究实现了气溶胶观测和模式模拟的综合集成，形成了观测优化的多成分气溶胶质量浓度数据集，增强了东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫估算精度，深化了人为气溶胶对气候的影响研究。

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）
Inverting the East Asian Dust Emission Fluxes Using the Ensemble Kalman Smoother and Himawari-8 AODs: A Case Study with WRF-Chem v3.5.1
使用集成卡尔曼平滑器和 Himawari-8 AOD 反演东亚粉尘排放通量：WRF-Chem v3.5.1 的案例研究
  • DOI：
    10.3390/atmos10090543
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Atmosphere
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Dai Tie;Cheng Yueming;Goto Daisuke;Schutgens Nick A.J.;Kikuchi Maki;Yoshida Mayumi;Shi Guangyu;Nakajima Teruyuki
  • 通讯作者：
    Nakajima Teruyuki
Impacts of meteorological nudging on the global dust cycle simulated by NICAM coupled with an aerosol model
NICAM 与气溶胶模型相结合模拟气象推动对全球沙尘循环的影响
  • DOI：
    10.1016/j.atmosenv.2018.07.016
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Atmospheric Environment
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Dai Tie;Cheng Yueming;Zhang Peng;Shi Guangyu;Sekiguchi Miho;Suzuki Kentaroh;Goto Daisuke;Nakajima Teruyuki
  • 通讯作者：
    Nakajima Teruyuki
Estimation of PM2.5 Concentrations over Beijing with MODIS AODs Using an Artificial Neural Network
利用人工神经网络利用 MODIS AOD 估算北京 PM2.5 浓度
  • DOI：
    10.2151/sola.2018-003
  • 发表时间：
    2018-01-01
  • 期刊：
    SOLA
  • 影响因子：
    1.9
  • 作者：
    Lyu, Hao;Dai, Tie;Nakajima, Teruyuki
  • 通讯作者：
    Nakajima, Teruyuki
Investigating the assimilation of CALIPSO global aerosol vertical observations using a four-dimensional ensemble Kalman filter
使用四维集成卡尔曼滤波器研究 CALIPSO 全球气溶胶垂直观测的同化
  • DOI：
    10.5194/acp-19-13445-2019
  • 发表时间：
    2019-11
  • 期刊：
    Atmospheric Chemistry and Physics
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Cheng Yueming;Dai Tie;Goto Daisuke;Schutgens Nick A J;Shi Guangyu;Nakajima Teruyuki
  • 通讯作者：
    Nakajima Teruyuki

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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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