基于水汽氢氧稳定同位素协同监测的水汽再循环模型不确定性评估与改进
批准号:
42071047
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
张明军
依托单位:
学科分类:
水文学和气候学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张明军
中文摘要
再循环水汽对陆地降水有重要贡献,定量评估局地水汽再循环是生态水文领域的前沿话题。氢氧稳定同位素技术被广泛用于局地水汽再循环比评估,可求解外来水汽、蒸发水汽和蒸腾水汽混合比例,然而限于野外监测手段,对模型不确定性尚缺乏足够的认识。本项目拟在中国气象局兰州干旱气象研究所定西干旱气象与生态环境试验基地开展大气水汽和降水同位素定位监测,明确不同时间尺度下水汽与降水同位素的联系;在周边区域利用便携式水汽同位素分析仪开展短期动态监测,通过对比水汽同位素实时记录从而认识水汽输送过程;基于上下风向水汽同位素协同监测,结合定西基地蒸散发等资料,评估蒸腾和蒸发对局地降水的贡献率,认识水汽再循环模型的不确定性,并提出算法推荐方案。项目旨在深入认识基于氢氧稳定同位素技术的水汽再循环模型不确定性,提高模型模拟精度,为黄土高原西部半干旱气候陆面过程与陆气相互作用研究做出贡献。
英文摘要
The recycled moisture plays an important role in terrestrial precipitation. It is a hot topic in ecological hydrology to quantificationally assess the local moisture recycling. The stable hydrogen and oxygen isotope technique has been widely applied in assessment of moisture recycling ratio, and the proportional contributions for advection, evaporation and transpiration can be determined respectively. However, because of the field measurement, there is no enough knowledge about the uncertainty of isotopic model. In this proposal, the Dingxi Experiment Base of Arid Meteorology and Ecological Environment (Institute of Arid Meteorology, China Meteorological Administration, Lanzhou) is selected as an in-situ station to measure stable hydrogen and oxygen isotopes in water vapor and precipitation, which is useful to understand the relationship between stable isotopes in water vapor and precipitation for different temporal scales. An ultra-portal analyzer of water vapor isotopes will be applied at surrounding areas, and the moisture transport process can be determined using the isotopic records in water vapor at different locations. Based on the water vapor measurement at the upwind and target stations as well as other measurements at the Dingxi Experiment Base like evapotranspiration, the contribution of transpiration and evaporation to local precipitation and the uncertainty can be assessed, and the optimal parameterization for critical parameters will be recommended. This research aims to understand the uncertainty of moisture recycling model using stable hydrogen and oxygen isotope technique, which is useful to improve the accuracy of simulation. This finding is of great significance to understand the land surface processes as well as land-atmosphere interactions in a semi-arid climate at the western Loess Plateau.
再循环水汽是形成降水的重要来源,其对区域降水的贡献率也是衡量地区水资源更新能力的关键指标。氢氧稳定同位素技术被广泛用于局地水汽再循环率评估,然而限于野外监测手段,对同位素水汽再循环模型的不确定性尚缺乏足够的认识。为此,本项目在黄土高原西部建立了水汽、降水、土壤、植物水和地表水同位素观测网络,明确了水汽与降水同位素的基本特征,阐明了水汽输送过程与同位素的联系,评估了蒸腾和蒸发对局地降水的贡献,系统探究了同位素水汽再循环模型的不确定性。研究结果表明:区域降水和水汽氧同位素值在夏季风期富集,冬季风期贫化,冬季风期同位素变化主要受温度影响,夏季风期则受相对湿度的影响更显著。外来水汽同位素在5月、6月和10月从东南向西北逐渐贫化,而7月和8月则在东南部贫化,西北部富集。黄土高原西部半干旱气候区植被蒸腾、地表蒸发以及外来水汽对区域降水水汽的平均贡献率分别为21%、10%和69%,水汽再循环率为31%。当上风向点的选择距离从150km增加至400km时,水汽再循环率增加了4%;采用非平衡分馏法通过降水同位素计算水汽同位素时,再循环率增加14%;相比于使用木质部,利用降水加权平均替代植被蒸腾时,再循环率增加5%;当以降水或地表水替代土壤蒸发前缘水时,再循环率减少1%。总体来说,相比于实测数据计算的水汽再循环率,改变其他参数时普遍存在高估的情况,其中地表蒸发项的变化对结果的影响最小,其次是植被蒸腾和外来水汽上风向点的选择,而局地降水水汽的变化对结果的影响最大。研究有助于明确同位素水汽再循环模型的不确定性,为量化全球变暖背景下的水汽再循环过程提供了科学依据。
基于稳定氢氧同位素技术的兰州市南北两山典型植物用水模式研究
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批准号:41771035
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张明军
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依托单位:
祁连山区不同水体中稳定氢、氧同位素相互关系及其水文过程研究
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批准号:41461003
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张明军
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依托单位:
天山乌鲁木齐河上游地区不同水体中稳定氢、氧同位素的相互关系及其水循环过程研究
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批准号:41240001
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张明军
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依托单位:
天山东部地区水循环过程中稳定氢、氧同位素研究
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批准号:41161012
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2011
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负责人:张明军
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依托单位:
天山东部典型地区雪冰中含氮化合物记录过程及其环境意义研究
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批准号:40701035
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2007
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负责人:张明军
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依托单位:
国内基金
海外基金