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1、北京大学学报(自然科学版),第47卷,第3期,2011年5月 ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis,Vol.47,No.3(May2011)热对流对土壤温度和能量平衡的影响1,†1,†22孔丽静刘树华吕世华张宇1.北京大学物理学院大气与海洋科学系,北京100871;2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州73000;†通信作者,E-mail:lshuhua@pku.edu.cn摘要在传统的土壤热传导方程基础上,耦合了土壤水分的垂直运动引起的热对流项,用金塔绿洲2005年6月11—15日的观
2、测数据分别计算了土壤热扩散系数以及水的通量密度。以0.05m深度的土壤层为上边界,模拟了0.10m和0.20m深度的土壤层温度,并比较了计算的地表能量闭合因子。结果表明：热传导对流方法模拟的土壤温度与实际观测值吻合较好,且热对流作用使土壤表面能量闭合因子提高6%左右。关键词热传导;热对流;土壤热扩散率;水通量密度;能量闭合因子中图分类号P404EffectofThermalConvectiononSoilTemperatureandEnergyBalance11,†22KONGLijing,LIUShuhua,LÜShihua,ZHANGYu1.Dep
3、artmentofAtmosphericandOceanicSciences,SchoolofPhysics,PekingUniversity,Beijing100871;2.ColdandAridRegionsEnvironmentalEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofScience,Lanzhou73000;†Correspondingauthor,E-mail:lshuhua@pku.edu.cnAbstractTheauthorscoupledtheheatconvectioncaused
4、bywaterverticalmovementtothetraditionalsoilheatconductionequation.UtilizingthedatacollectedatJintaOasisfromJune11to15,2005,thethermaldiffusivityandtheliquidwaterfluxdensitywerecalculatedrespectively.Basedontheresultsofsoilthermaldiffusivity,takingthesoillayeratthedepthof0.05mast
5、heupperboundary,theauthorsmodeledthetemperatureforthesoillayeratthedepthof0.10mand0.20mbymeansofthetwomethodsmentionedabove,andcomparedthesurfaceenergyclosurefactorwhichcalculatedbythetwomethods.Theresultsshowthatthethermalconduction-convectionalgorithmcanestimatethesoiltemperat
6、urewellandtheroleofthermalconvectioncanimprovethesoilsurfaceenergyclosurefactor6%orso.Keywordsthermalconduction;thermalconvection;soilthermaldiffusivity;waterfluxdensity;energyclosurefactor[4−8]陆面过程的核心是研究地气之间的能量和水分测和模拟精度的研究也受到人们的关注。等物质的相互交换和传输问题,作为下垫面的土壤土壤温度的模拟首先需要确定反映土壤热性质是地球生态
7、环境系统重要的水热储存场所,其环境的3个物理参数:热传导率、热容量和热扩散率,而物理特征对区域和局地生态环境和气候具有重要影热传导率可以通过体积热容量和热扩散率联系起响,因此,土壤表面温度和热通量是研究土壤物理来,所以只需要确定热传导率和热扩散率中的一个,过程的两个至关重要的量,一直以来许多人都在致通常情况下只研究热扩散率,因为土壤热扩散系数[1−3]力于提高土壤温度的观测和模拟精度的工作。另是一个状态参数,通过土壤热扩散系数不仅可以了外,影响地表能量各项平衡和提高土壤热通量的观解土壤热性质,还可以模拟土壤温度和热通量。国家重点基础研究发展计划(200
8、9CB421402)资助收稿日期:2010-03-22;修回日期:2010-04-27;网络出
