土壤水分的垂直运动对土壤温度的影响

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:sevinlee
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在陆—气相互作用的研究中,土壤表面的温度扮演着重要角色。模拟土壤温度方法很多,主要有传统热传导方法(传输过程只考虑热传导)和最近的Gao的耦合热传导对流方法(热传输包括热传导和热对流),传统方法可以演变出两种方法,位相法和振幅法,本文用不同下垫面数据对这三种方法进行了比较。又给出按e指数变化初始温度廓线,用傅立叶正弦变换解出耦合热传导方程的解。利用Negev,Israel西南部1997年9月30沙漠地区的数据,用Gao方法给出近地面四层土壤热扩散率k和液态水通量密度W,用位相法和振幅法计算出同层土壤热扩散率,并对土壤温度进行模拟。模拟结果表明:Gao方法模拟结果较理想,而位相法模拟结果对土壤振幅系统高估,如对0.015m深度土壤温度振幅高估1.4K,振幅法模拟的土壤温度与实测温度值相比位相系统后移,如对0.015m深度土壤温度位相后移48min。然后利用黄土高原塬区地表过程野外试验(2005)(LOPEX05)45天加密观测数据,用Gao方法计算出深度为0.05m和0.10m之间土壤热扩散率和液态水通量密度,位相法和振幅法计算出此层土壤热扩散率,然后对0.10m处土壤温度进行模拟。模拟结果表明:位相法系统的高估土壤温度振幅,所有试验时段平均高估0.95K,振幅法模拟的土壤温度位相有后移趋势,位相平均相差0.207rad(约47.44min)。位相法和振幅法模拟结果与观测值的协方差为:111.58,12.02,Gao方法模拟的土壤温度与实际观测值之间的协方差为11.57。最后利用LOPEX05的麋田18天加密观测资料,在2005年7月23~31日(DOY 204—212)和8月21~29日(233—241)两个时段的黄土高原塬区地表过程野外试验的加密观测得到的土壤温度数据基础之上,用耦合热传导对流方法计算得到糜田深度为0.05m~0.1 m的浅薄土壤层的热扩散率和液态水通量密度。利用耦合热传导对流方程对土壤温度进行数值模拟的同时,也用传统的热传导方法位相法和振幅法对该地区的土壤温度进行模拟。结果表明:位相法高估土壤温度实际振幅,振幅法模拟结果位相系统后移。18天总体模拟结果和观测值之间的协方差分别是8.80,8.37。而耦合热传导对流方程的模拟结果与实际值之间协方差为8.36。传统的强迫恢复方法只考虑土壤热传导过程,由于土壤液态水的垂直运动影响土壤温度,所以本文修正了强迫恢复方法。利用第204—207(2005年7月22—26号)黄土高原塬区地表过程野外试验(2005)(LOPEX05)五天裸土加密观测数据,将传统的强迫恢复方法和考虑土壤中液态水垂直运动的修正后强迫恢复方法模拟的0.035m和0.10m之间土壤平均温度分别与0.0675m处土壤温度做比较。分别比较他们之间相关系数,标准差和归一化标准差,结果表明修正后强迫恢复方法模拟结果与实际较吻合。
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