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(dǎo)-對流法.pdf

1、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(guān)于土壤溫度的計(jì)算方法，我們主要進(jìn)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(xué)參數(shù):土壤熱容量、土壤熱傳導(dǎo)率和土壤熱擴(kuò)散率，以及土壤中的熱量傳輸機(jī)制:熱傳導(dǎo)過程、熱對流過程和耦合熱傳導(dǎo)-熱對流過程。一般情況下，土壤溫度有兩種不同類型的預(yù)報方程:熱傳導(dǎo)方程，即假設(shè)土壤在垂

2、直方向上均勻且分子熱傳導(dǎo)過程是土壤熱傳輸?shù)奈ㄒ粰C(jī)制;耦合熱傳導(dǎo)-對流方程，即假設(shè)土壤垂直方向上不均勻并考慮了土壤液態(tài)水運(yùn)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(dǎo)-對流方程解析解的過程;
　　2.本文分別對以熱傳導(dǎo)方程為基礎(chǔ)的土壤熱擴(kuò)散率計(jì)算方法:振幅法和位相法，以及基于耦合熱傳導(dǎo)-對流方法的熱擴(kuò)散率計(jì)算方法進(jìn)行了深入地理論分析，結(jié)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

3、溫度的振幅。因此，考慮了土壤中熱對流過程的耦合熱傳導(dǎo)-對流方法是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)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(yàn)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(yàn):花寨子荒漠站自動氣象站數(shù)據(jù)集觀測資料，對傳統(tǒng)的位相法、振幅法以及耦合熱傳導(dǎo)-對流法做了進(jìn)一步的驗(yàn)證。我們用上述的三種方法分別計(jì)算了土壤熱擴(kuò)散率k，并用耦合熱傳導(dǎo)-對流法計(jì)算了土壤液態(tài)水

4、通量密度W，然后根據(jù)計(jì)算所得的k和W模擬了不同深度的土壤溫度，結(jié)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(shí)際觀測值平均前移，而耦合熱傳導(dǎo)-對流法模擬的土壤溫度的位相和振幅與實(shí)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(shí)際觀測值平均前移約0.45h，耦合熱傳導(dǎo)-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