凍土是冰凍圈的重要組成部分,不僅分布廣泛,而且在相變過程中對于水分、能量傳輸過程影響重大,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影響陸地生態(tài)碳循環(huán)過程以及局部甚至全球氣候變化,同時由于其對氣候的敏感性,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。在實際工程計算中,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)的計算量也會增大。這意味著在計算過程中將有巨大的計算量,同時需要計算機(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,降低計算的自由度、簡化計算、節(jié)省計算時間和所需內(nèi)存空間這一科學(xué)問題具有重要意義。針對以上科學(xué)問題,本研究發(fā)展了考慮凍融界面動態(tài)變化的凍土參數(shù)化方案,并將其與陸面過程模式CLM4.5耦合,進(jìn)而利用新模型揭示凍土對全球氣候變化的響應(yīng)過程。同時,本研究運用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段的數(shù)值結(jié)果構(gòu)建POD基,再外推進(jìn)行未來時段模... 

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

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

中國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)驗方法。凍土學(xué)家通常都使用此方法來模。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)的對照試驗。兩組試驗的土壤組3-1。試驗 1 的土壤是均勻同質(zhì)的，整個土柱均由淤泥類型(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 =。時間步 =3 600s。暫時只考慮單方向向下的凍結(jié)過程圖 3-3 給出了上述條件下，兩組試驗的模擬結(jié)果。如圖 3-3a)所示，在試隨著凍結(jié)時間的持續(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，沒有出現(xiàn)數(shù)值上的拐點。如圖 3-3b)所示，在試驗 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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