地球辐射带是近地空间高能带电粒子的聚集区域.由于辐射带中的高能粒子对在轨航天器和宇航员的安全构成严重威胁,深入理解辐射带粒子的时空动态演化过程显得至关重要.数据同化方法能够将卫星观测与数值模拟结果有机结合,实现对辐射带粒...地球辐射带是近地空间高能带电粒子的聚集区域.由于辐射带中的高能粒子对在轨航天器和宇航员的安全构成严重威胁,深入理解辐射带粒子的时空动态演化过程显得至关重要.数据同化方法能够将卫星观测与数值模拟结果有机结合,实现对辐射带粒子时空演化过程的重构.本文系统总结了近年来在地球辐射带电子数据同化建模方面的研究成果.首先,详细介绍了基于卡尔曼滤波方法的外辐射带电子三维数据同化模型(three-dimensional data assimilative model of outer radiation belt electrons,TDAMORE).依托TDAMORE模型,开展了基于Van Allen Probes、Arase和FY-4A等不同轨道类型卫星观测数据的辐射带电子同化建模研究.该同化模型充分发挥了卫星观测与数值模型的各自优势,成功重构了外辐射带区域(L=3~7)不同能量与投掷角电子的短期与长期动态演化过程及其对地磁活动的响应特征.基于同化结果,进一步开展了磁暴期间辐射带电子通量的预测研究,并对模型的预测性能进行了评估.最后,本文对辐射带同化模型的未来发展方向和潜在应用场景进行了探讨和展望.展开更多
氮是植物生长发育过程中的关键营养元素之一,其吸收、转运与同化过程受到多种转录因子的精确调控。在bZIP转录因子家族中,TGACG基序结合因子(TGA)被证实对植物氮代谢具有核心调控功能。为明确其分子调控路径,本文系统综述了TGA转录因子...氮是植物生长发育过程中的关键营养元素之一,其吸收、转运与同化过程受到多种转录因子的精确调控。在bZIP转录因子家族中,TGACG基序结合因子(TGA)被证实对植物氮代谢具有核心调控功能。为明确其分子调控路径,本文系统综述了TGA转录因子的分子特征,重点阐述其在植物硝酸盐吸收、根系发育调控、氮同化过程中的核心功能,解析其通过水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)/乙烯(ET)、脱落酸(ABA)激素信号通路及氧化还原修饰参与氮素代谢的分子机制。结果显示:(1)TGA转录因子属于bZIP家族D亚科,分5个亚族,在拟南芥、水稻等多种植物中高度保守;(2)通过激活NRT家族基因表达、调控根系发育,正向促进氮吸收与转运,且与NLP7(NIN-like protein 7)等因子形成调控网络;(3)通过激素信号互作与氧化还原修饰,响应低氮等胁迫,维持氮代谢稳态。综上,TGA转录因子是植物氮代谢调控网络的核心节点,通过多途径协同调控氮吸收、转运与同化。未来研究需结合多组学与基因编辑技术,解析TGA器官特异性功能、互作网络及物种差异,为作物氮高效利用的遗传改良提供理论基础与育种策略。展开更多
基于WRF模式及其Hybrid集合-变分同化系统,比较研究了雷达径向速度(V_r)同化和T-TREC(Typhoon-Tracking radar echoes by correlation)反演风同化对台风灿都(2010)分析和预报的影响。为了探索最适合登陆台风预报的雷达资料同化策略,在研...基于WRF模式及其Hybrid集合-变分同化系统,比较研究了雷达径向速度(V_r)同化和T-TREC(Typhoon-Tracking radar echoes by correlation)反演风同化对台风灿都(2010)分析和预报的影响。为了探索最适合登陆台风预报的雷达资料同化策略,在研究V_r循环同化和T-TREC循环同化的基础上,考虑到两种雷达风场资料各自的优势,提出了合理利用两种雷达风场资料的联合同化策略,即在循环同化的首次分析中同化T-TREC风,而在之后的分析中同化V_r资料。研究三种不同的雷达资料同化策略发现,V_r直接同化虽能改善台风分析和预报,但其依赖于较多的同化次数,这会导致确定性预报的启动时间较晚,不利于台风业务预报。相比之下,由于T-TREC资料观测范围远、风场结构完整,T-TREC循环同化策略只经过较少次数的同化分析即能显著改善台风强度预报;然而受T-TREC资料自身反演误差的影响,增加同化次数反而不利于提高预报效果。当联合利用这两种雷达风场时,联合同化策略在不同同化时间窗下的预报表现均最优。展开更多
风云四号B星(FY-4B)是中国最新一代的静止轨道气象卫星,其资料具有更高的时空分辨率。为了进一步推进FY-4B云导风资料在数值模式中的应用,以FY-4B云导风资料为主要研究对象,结合FY-4A云导风资料进行对比,首先分析了其观测误差的垂直分...风云四号B星(FY-4B)是中国最新一代的静止轨道气象卫星,其资料具有更高的时空分辨率。为了进一步推进FY-4B云导风资料在数值模式中的应用,以FY-4B云导风资料为主要研究对象,结合FY-4A云导风资料进行对比,首先分析了其观测误差的垂直分布情况,以此更新WRFDA(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system)同化系统中默认观测误差,随后进一步探究了云导风资料同化对2022年台风“梅花”的预报影响。研究结果表明:FY-4B云导风资料U、V分量的观测误差整体上小于FY-4A;同化FY-4A云导风资料后,模拟的台风路径逐渐偏西;而同化FY-4B云导风资料使得台风中心动力场信息更加完善,分析场对流层中高层西风增强,预报的台风路径更接近实况;相较于同化FY-4A云导风资料,同化FY-4B云导风资料对降水预报的改善效果更好。展开更多
文摘地球辐射带是近地空间高能带电粒子的聚集区域.由于辐射带中的高能粒子对在轨航天器和宇航员的安全构成严重威胁,深入理解辐射带粒子的时空动态演化过程显得至关重要.数据同化方法能够将卫星观测与数值模拟结果有机结合,实现对辐射带粒子时空演化过程的重构.本文系统总结了近年来在地球辐射带电子数据同化建模方面的研究成果.首先,详细介绍了基于卡尔曼滤波方法的外辐射带电子三维数据同化模型(three-dimensional data assimilative model of outer radiation belt electrons,TDAMORE).依托TDAMORE模型,开展了基于Van Allen Probes、Arase和FY-4A等不同轨道类型卫星观测数据的辐射带电子同化建模研究.该同化模型充分发挥了卫星观测与数值模型的各自优势,成功重构了外辐射带区域(L=3~7)不同能量与投掷角电子的短期与长期动态演化过程及其对地磁活动的响应特征.基于同化结果,进一步开展了磁暴期间辐射带电子通量的预测研究,并对模型的预测性能进行了评估.最后,本文对辐射带同化模型的未来发展方向和潜在应用场景进行了探讨和展望.
文摘氮是植物生长发育过程中的关键营养元素之一,其吸收、转运与同化过程受到多种转录因子的精确调控。在bZIP转录因子家族中,TGACG基序结合因子(TGA)被证实对植物氮代谢具有核心调控功能。为明确其分子调控路径,本文系统综述了TGA转录因子的分子特征,重点阐述其在植物硝酸盐吸收、根系发育调控、氮同化过程中的核心功能,解析其通过水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)/乙烯(ET)、脱落酸(ABA)激素信号通路及氧化还原修饰参与氮素代谢的分子机制。结果显示:(1)TGA转录因子属于bZIP家族D亚科,分5个亚族,在拟南芥、水稻等多种植物中高度保守;(2)通过激活NRT家族基因表达、调控根系发育,正向促进氮吸收与转运,且与NLP7(NIN-like protein 7)等因子形成调控网络;(3)通过激素信号互作与氧化还原修饰,响应低氮等胁迫,维持氮代谢稳态。综上,TGA转录因子是植物氮代谢调控网络的核心节点,通过多途径协同调控氮吸收、转运与同化。未来研究需结合多组学与基因编辑技术,解析TGA器官特异性功能、互作网络及物种差异,为作物氮高效利用的遗传改良提供理论基础与育种策略。
文摘基于WRF模式及其Hybrid集合-变分同化系统,比较研究了雷达径向速度(V_r)同化和T-TREC(Typhoon-Tracking radar echoes by correlation)反演风同化对台风灿都(2010)分析和预报的影响。为了探索最适合登陆台风预报的雷达资料同化策略,在研究V_r循环同化和T-TREC循环同化的基础上,考虑到两种雷达风场资料各自的优势,提出了合理利用两种雷达风场资料的联合同化策略,即在循环同化的首次分析中同化T-TREC风,而在之后的分析中同化V_r资料。研究三种不同的雷达资料同化策略发现,V_r直接同化虽能改善台风分析和预报,但其依赖于较多的同化次数,这会导致确定性预报的启动时间较晚,不利于台风业务预报。相比之下,由于T-TREC资料观测范围远、风场结构完整,T-TREC循环同化策略只经过较少次数的同化分析即能显著改善台风强度预报;然而受T-TREC资料自身反演误差的影响,增加同化次数反而不利于提高预报效果。当联合利用这两种雷达风场时,联合同化策略在不同同化时间窗下的预报表现均最优。
文摘风云四号B星(FY-4B)是中国最新一代的静止轨道气象卫星,其资料具有更高的时空分辨率。为了进一步推进FY-4B云导风资料在数值模式中的应用,以FY-4B云导风资料为主要研究对象,结合FY-4A云导风资料进行对比,首先分析了其观测误差的垂直分布情况,以此更新WRFDA(Weather Research and Forecasting model Data Assimilation system)同化系统中默认观测误差,随后进一步探究了云导风资料同化对2022年台风“梅花”的预报影响。研究结果表明:FY-4B云导风资料U、V分量的观测误差整体上小于FY-4A;同化FY-4A云导风资料后,模拟的台风路径逐渐偏西;而同化FY-4B云导风资料使得台风中心动力场信息更加完善,分析场对流层中高层西风增强,预报的台风路径更接近实况;相较于同化FY-4A云导风资料,同化FY-4B云导风资料对降水预报的改善效果更好。
