凍土是冰凍圈的重要組成部分,不僅分布廣泛,而且在相變過(guò)程中對(duì)于水分、能量傳輸過(guò)程影響重大,是陸面生態(tài)系統(tǒng)中極其重要、不可忽視的下墊面。土壤凍結(jié)/融化界面位置的移動(dòng)影響陸地生態(tài)碳循環(huán)過(guò)程以及局部甚至全球氣候變化,同時(shí)由于其對(duì)氣候的敏感性,是氣候變化的靈敏指示器。獲取準(zhǔn)確的凍結(jié)/融化深度信息對(duì)地表能量平衡、高寒生態(tài)、水文徑流、寒區(qū)工程和溫室氣體排放等有重要作用。在實(shí)際工程計(jì)算中,使用數(shù)值解法是求解偏微分方程的有效途徑。但是,數(shù)值解法求解方程的維數(shù)與區(qū)域剖分節(jié)點(diǎn)的數(shù)目是正相關(guān)的。為了得到足夠的精度,定解區(qū)域需要更精細(xì)的劃分,相應(yīng)的計(jì)算量也會(huì)增大。這意味著在計(jì)算過(guò)程中將有巨大的計(jì)算量,同時(shí)需要計(jì)算機(jī)具有龐大的內(nèi)存容量。研究如何在保證足夠精度的前提下,降低計(jì)算的自由度、簡(jiǎn)化計(jì)算、節(jié)省計(jì)算時(shí)間和所需內(nèi)存空間這一科學(xué)問(wèn)題具有重要意義。針對(duì)以上科學(xué)問(wèn)題,本研究發(fā)展了考慮凍融界面動(dòng)態(tài)變化的凍土參數(shù)化方案,并將其與陸面過(guò)程模式CLM4.5耦合,進(jìn)而利用新模型揭示凍土對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)過(guò)程。同時(shí),本研究運(yùn)用POD方法構(gòu)建降階有限差分模型,由于使用模擬初始很短時(shí)段的數(shù)值結(jié)果構(gòu)建POD基,再外推進(jìn)行未來(lái)時(shí)段模... 

【文章來(lái)源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：133 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

中國(guó)凍土類型空間分布圖

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文的半經(jīng)驗(yàn)方法。凍土學(xué)家通常都使用此方法來(lái)模。應(yīng)用此方法的前提是，假設(shè)土壤水的相變潛熱，從而考慮忽略土壤感熱的影響。Stefan 方法的已經(jīng)有很多人做出了努力[101-103]。Fox 曾提出一的Stefan公式[33]，Woo在此基礎(chǔ)上考慮下伏土壤 Stefan 算法[35]。

圖 3-2 考慮凍融界面的熱擴(kuò)散方程數(shù)值計(jì)算流程示意圖Fig.3-2 Schematic diagram of Numerical simulation based on freeze and thaw algorithm fthermal diffusion model.1.1 多個(gè)土壤分層的凍融界面模擬首先，進(jìn)行如下兩組具有不同土壤參數(shù)的對(duì)照試驗(yàn)。兩組試驗(yàn)的土壤組3-1。試驗(yàn) 1 的土壤是均勻同質(zhì)的，整個(gè)土柱均由淤泥類型(Silt)土壤構(gòu)成2 的土壤則分為兩種不同的組成成分，下層是泥炭類型(Peat)土壤。與上類型土壤物理性質(zhì)不同，具有較小土壤熱導(dǎo)率和較高的土壤濕度。兩組相同的地表溫度 10surfT = ℃ 。初始的凍結(jié)界面均為 0fz =。時(shí)間步 =3 600s。暫時(shí)只考慮單方向向下的凍結(jié)過(guò)程圖 3-3 給出了上述條件下，兩組試驗(yàn)的模擬結(jié)果。如圖 3-3a)所示，在試隨著凍結(jié)時(shí)間的持續(xù)，凍結(jié)指數(shù)的增加，凍結(jié)深度的變化曲線光滑，且突變，沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)值上的拐點(diǎn)。如圖 3-3b)所示，在試驗(yàn) 2 中，凍結(jié)深漸增加，在凍結(jié)界面到達(dá)上下層土壤分界線之前，由于外部的強(qiáng)迫條件相

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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