本文關鍵詞：三種土壤溫度算法的對比分析：位相法、振幅法和耦合熱傳導—對流法

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【摘要】：地表的能量變化、水汽交換等會通過陸-氣相互作用影響天氣、氣候狀況,而土壤溫度作為地表能量的重要組成部分,對陸-氣相互作用過程有著重要的影響,因此,關于土壤溫度的計算方法,我們主要進行了以下研究工作：1.本文首先回顧了三個主要的土壤熱力學參數(shù)：土壤熱容量、土壤熱傳導率和土壤熱擴散率,以及土壤中的熱量傳輸機制：熱傳導過程、熱對流過程和耦合熱傳導-熱對流過程。一般情況下,土壤溫度有兩種不同類型的預報方程：熱傳導方程,即假設土壤在垂直方向上均勻且分子熱傳導過程是土壤熱傳輸?shù)奈ㄒ粰C制；耦合熱傳導-對流方程,即假設土壤垂直方向上不均勻并考慮了土壤液態(tài)水運動引起的熱對流對土壤溫度的影響。另外,本文再現(xiàn)了前人利用諧波方法求算耦合熱傳導-對流方程解析解的過程；2.本文分別對以熱傳導方程為基礎的土壤熱擴散率計算方法：振幅法和位相法,以及基于耦合熱傳導-對流方法的熱擴散率計算方法進行了深入地理論分析,結果顯示：振幅法使得土壤溫度模擬值的位相前移,而位相法則會高估土壤溫度的振幅。因此,考慮了土壤中熱對流過程的耦合熱傳導-對流方法是本文研究的重點內容；3.本文分別利用了2006年8月25日～9月24日期間青藏高原理塘地區(qū)陸面過程試驗土壤溫度觀測資料和2011年7月10日～8月15日期間的黑河綜合遙感聯(lián)合試驗：花寨子荒漠站自動氣象站數(shù)據集觀測資料,對傳統(tǒng)的位相法、振幅法以及耦合熱傳導-對流法做了進一步的驗證。我們用上述的三種方法分別計算了土壤熱擴散率k,并用耦合熱傳導-對流法計算了土壤液態(tài)水通量密度W,然后根據計算所得的k和W模擬了不同深度的土壤溫度,結果表明：位相法系統(tǒng)地高估土壤溫度日振幅,振幅法模擬的土壤溫度位相比實際觀測值平均前移,而耦合熱傳導-對流法模擬的土壤溫度的位相和振幅與實測值更為為接近。比如,以青藏高原草甸土為例,在0.10m土壤層處,位相法系統(tǒng)地高估土壤溫度振幅約0.96℃,振幅法模擬的土壤溫度位相比實際觀測值平均前移約0.45h,耦合熱傳導-對流法模擬的土壤溫度位相則平均前移約0.21h,土壤溫度日振幅則比實際值高估約0.79℃。因此,利用觀測資料所得的結果與理論分析結果保持一致,且耦合熱傳導-對流法對土壤溫度的模擬效果更為理想。
【關鍵詞】：土壤溫度 位相法 振幅法 耦合熱傳導-對流方法
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S152.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外研究進展10-13
• 1.2.1 國內研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1.1 土壤熱力學參數(shù)10-11
• 1.2.1.2 土壤水熱傳輸機制11
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2.1 土壤溫度算法11-12
• 1.2.2.2 土壤水熱傳輸機制12-13
• 1.3 研究內容13-15
• 1.4 研究技術路線圖15-16
• 第二章 研究方法16-23
• 2.1 土壤熱參數(shù)16-17
• 2.2 土壤熱傳輸機制17-20
• 2.2.1 土壤熱傳導過程18-19
• 2.2.2 土壤熱對流過程19
• 2.2.3 耦合熱傳導-熱對流過程19-20
• 2.3 耦合熱傳導-對流方程求解20-22
• 2.4 本章小結22-23
• 第三章 振幅法、位相法和耦合熱傳導-對流法理論比較23-28
• 3.1 數(shù)學理論分析比較23-27
• 3.2 本章小結27-28
• 第四章 案例分析28-58
• 4.1 高山草甸土28-43
• 4.1.1 引言28
• 4.1.2 資料介紹和分析方法28-31
• 4.1.3 結果與討論31-42
• 4.1.3.1 土壤溫度正弦擬合31-32
• 4.1.3.2 土壤熱擴散和液態(tài)水通量密度32-35
• 4.1.3.3 土壤溫度模擬35-37
• 4.1.3.4 誤差分析37-41
• 4.1.3.5 結論41-42
• 4.1.4 本章小結42-43
• 4.2 荒漠土43-58
• 4.2.1 引言43-44
• 4.2.2 資料介紹和分析方法44-47
• 4.2.3 結果與討論47-57
• 4.2.3.1 土壤溫度正弦擬合47-48
• 4.2.3.2 土壤熱擴散和液態(tài)水通量密度48-50
• 4.2.3.3 土壤溫度模擬50-52
• 4.2.3.4 誤差分析52-56
• 4.2.3.5 結論56-57
• 4.2.4 本章小結57-58
• 第五章 總結與展望58-61
• 5.1 主要結論58-60
• 5.2 創(chuàng)新點60
• 5.3 研究展望60-61
• 參考文獻61-72
• 作者簡介72-74
• 致謝74-75

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本文編號：819499