土壤热扩散率及其温度、热通量计算方法的比较研究

本文利用绿洲系统能量与水分循环过程观测试验的2005年6月11日至15日在甘肃金塔绿洲中部观测的土壤温度、湿度和通量资料,在分析了观测期间土壤温度、湿度和通量特征的基础上,采用振幅法、相位法、谐波法和热传导对流法计算了5～20cm土壤层的土壤热扩散率.在此基础上,以深度为5cm的土壤层为上边界条件,计算了10cm、20cm深度的土壤温度和10cm深度的热通量.结果表明:谐波法能很好地计算土壤温度,10cm和20cm深度的计算值相对观测值的标准差分别为:0.21℃和0.18℃;热传导对流法计算的土壤温度好于振幅法和相位法,但由于忽略了土壤水分通量密度的日变化,该方法用于土壤含水量有明显日变化的浅层土壤时,会出现计算误差.谐波法的计算土壤热通量与实测值最为接近,计算值与实测值的相关系数达到0.868.

两种估算浅层土壤热参数及热通量的方法对比

土壤热参数对估算地表热通量和研究地表能量平衡具有重要的意义。基于土壤温度实测资料,利用谐波法和热传导对流法估算了浅层土壤热扩散率,进而计算了土壤热通量的值,并将结果与热通量板观测值进行对比,验证了这两种方法的可靠性。结果表明:谐波法和热传导对流法估算的风积沙热扩散率结果均比较合理;谐波法能够较好地模拟土壤剖面温度,而热传导对流法的模拟结果较差;谐波法会低估白天热通量最大值和晚上热通量最小值,而热传导对流法能够较好地模拟夜间的土壤热通量。

日光温室深埋秸秆不同灌水下限对土壤热扩散率的影响

通过温室小区试验,探讨深埋秸秆条件下不同灌水下限对土壤热扩散率的影响。利用Matlab数学软件对地表及距垄台表面深度为15 cm处实测地温数据进行拟合,标定正弦函数温度曲线。同时,利用常规方法计算振幅并拟合相位,得到正弦函数温度曲线。计算两种方法得到的模拟地温与实测地温误差,并比较两种方法的拟合度,选择适宜的深埋秸秆条件下正弦函数温度曲线。根据正弦函数温度曲线得到的振幅和相位分别计算相应的土壤热扩散率。结果表明:深埋秸秆条件下,两种方法在深层土壤处的温度曲线拟合度皆较高,深层土壤温度波动规律更加稳定。用标定法得到的模拟地温与实测地温间误差皆小于常规法误差,基于标定法计算出的土壤热扩散率精度更高。振幅法和相位法计算的土壤热扩散率存在一定差异,由振幅法计算的土壤热扩散率小于由相位法计算的土壤热扩散率,但两种方法计算的土壤热扩散率与不同灌水下限的关系是一致的,即在深埋秸秆条件下土壤热扩散率随土壤含水量的增加而增加,但当土壤含水量达到一定水平后,土壤热扩散率不再随含水量增加,甚至会随含水量的增加而减小。这说明不同灌水下限对土壤热扩散率的影响是非线性的。