【摘要】：積雪覆蓋作為中國北方高寒黑土區(qū)土壤凍融期最普遍的上邊界條件,直接影響土壤水分和熱量的分布、遷移過程及土壤溫度、凍結深度、凍結速率等。通過野外試驗,對哈爾濱地區(qū)的季節(jié)性凍融黑土在裸地、自然積雪、壓實積雪、加厚積雪4種不同覆蓋條件下的土壤水分、溫度變化規(guī)律進行動態(tài)觀測,根據(jù)田間試驗實測資料,運用對比分析及統(tǒng)計方法對壤季節(jié)性凍融過程中氣候條件的變化規(guī)律、積雪厚度及降雪的變化規(guī)律、土壤剖面溫度、總含水量及液態(tài)含水量的變化規(guī)律以及具有不同積雪密度、厚度等特性的積雪覆蓋對土壤溫度、含水量的影響等問題進行了詳細探討,并利用SHAW模型對不同積雪覆蓋條件下的土壤季節(jié)性凍融過程進行了數(shù)值模擬。從時間、空間角度分析了不同深度土壤含水率及溫度變化。得到的主要結論如下:(1)在積雪總量一定的情況下,積雪的消融速率與氣溫、太陽輻射量密切相關。不同厚度和密度的積雪,在消融時間上相差較小,積雪密度和厚度對消融速率的影響較弱。由于雪的低熱導性,積雪覆蓋對土壤具有良好的緩沖、絕熱和保墑作用。在僅存在積雪自身沉降造成的密度增大情況下,積雪的厚度越大保護效果越好,土壤含水率對氣溫變化的響應及土壤解凍時間依次延后,延后程度隨土壤深度增加而增大;當人為改變積雪密度時,相較于單純增加積雪厚度,密度大的積雪可以更好地保護土壤,使氣溫對土壤的直接影響更小。當遇到冬季降雪量較小情況時,可以考慮采用人為壓實積雪的方法,加強對土壤的保護作用。積雪可以減緩土壤的凍結速度,影響土壤內部水分再分布過程。在土壤的凍結過程中,液態(tài)水會向凍結鋒面遷移,在穩(wěn)定凍結階段由于凍結面移動較緩慢,凍結鋒面處土壤總含水率增大、水分聚集現(xiàn)象明顯。(2)無積雪覆蓋時,由于土壤這種多孔介質受環(huán)境溫度影響較大,不同時期土壤的溫度變化較為劇烈。而存在積雪覆蓋區(qū)域,由于積雪的大比熱容性及其對能量的吸收,導致凍結期環(huán)境溫度降低時,土壤的溫差變小,減少熱量散失;穩(wěn)定凍結期,積雪的存在為土壤積蓄能量,土壤溫度相對較高;消融解凍期,積雪對能量具有一定的反射及儲存作用,因此,積雪覆蓋條件下土壤溫升較慢。積雪覆蓋隔絕了土壤與環(huán)境之間的能量交換,在越冬期保持了土壤溫度,同時,自然降雪、加厚積雪、壓實積雪處理的土壤溫度曲線依次變得平緩。其中,壓實積雪處理的保溫效果最為明顯,優(yōu)于加厚積雪,說明積雪對能量的反射、儲存及熱量傳導作用受積雪密度的影響更大。(3)SHAW模型可以良好的模擬季節(jié)性凍融土壤的水熱耦合遷移過程,能夠精確模擬不同積雪覆蓋條件下土壤溫度的動態(tài)變化,對土壤含水率變化規(guī)律的模擬也取得了較好的模擬結果。當改變積雪密度及厚度等重要積雪特性參數(shù)時,雪層受到擾動后整體內部結構發(fā)生變化,會出現(xiàn)密度不均勻等情況,會使模擬結果誤差增大,但模擬結果與實測值的變化規(guī)律仍然一致。綜上所述,通過系統(tǒng)研究不同積雪覆蓋條件下凍融土壤水分、熱量的動態(tài)變化并利用SHAW模型對其進行數(shù)值模擬,揭示了不同積雪覆蓋條件下季節(jié)性凍土區(qū)雪被覆蓋條件下的土壤水熱耦合運移規(guī)律、描述了凍融過程中的土壤水分及熱量的動態(tài)變化,研究結果對于合理提高寒區(qū)土壤水熱資源利用效率、制定冬春季節(jié)儲水保墑灌溉方案等問題具有重要的理論及實際意義,而且可以為地表水、地下水資源利用,農業(yè)及環(huán)境水土保持等方面的研究提供理論支撐和科學依據(jù)。
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【學位授予單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S152;P426.635

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 隋紅建,曾德超,陳發(fā)祖;不同覆蓋條件對土壤水熱分布影響的計算機模擬Ⅰ——數(shù)學模型[J];地理學報;1992年01期

相關博士學位論文 前1條

1 李瑞平;凍融土壤水熱鹽運移規(guī)律及其SHAW模型模擬研究[D];內蒙古農業(yè)大學;2007年

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本文編號：2358478