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本文建立了一个冻土水盐热运动的数学模型。为了考虑土壤冻结和化冻时冰—液相变的影响,在传统土壤热传导方程中加入了溶化潜热运动项和存传统土壤水分运动方程中加入了相变项,从而推导出了三个相互关联的冻土水盐热运动方程,并提出了描述冻土未冻水含量随土壤冻结温度而变化的土壤冻结特征曲线及其实验测定方法。这个模型既可适应于冻土,也可适应于未冻土。 相似文献
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地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证 总被引：2，自引：1，他引：1
土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一,基于土壤水、热运动基本方程,结合地表滴灌水分运动特点,建立了地表滴灌水、热运移数学模型,利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解,并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明, 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果;当土壤、气象以及灌水资料等可知时,利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律,模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外,数值模拟值和实测结果都显示,地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。 相似文献
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季节性冻融土壤水热耦合运移模拟 总被引：6，自引：1，他引：5
根据季节性冻融条件下土壤垂直一维水热运移状况,在地表能量质量平衡条件下,利用水热耦合模型对土壤温度和水分变化进行了模拟。模拟时考虑土壤冻结时冰和水对土壤体积热容、热传导及导水度的影响,并考虑了雪盖层的影响。本模型由实验所在地2008年1月1日至2010年12月31日连续3 a气象数据驱动,用实测地温、水分和冻结深度数据进行验证。结果表明,在地面以下0、5、40、80、160 cm等不同深处模拟温度与实测温度均方根误差(RMSE)分别为3.65、1.59、1.75、1.35、1.64℃,冻结深度也趋一致。除去表层,其他不同深度土壤含水量模拟值与实测值平均误差在3%左右,均方根误差低于4%。此模型及参数化方案能够模拟季节性冻融条件下一定深度土壤温度、水分运移状况,可用于多年冻土区活动层水、热变化规律研究,并可与生态过程模型耦合,从而改进冻土环境下生态系统模型中土壤温度、水分和冻融深度的模拟精度。 相似文献
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以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。 相似文献
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罗汉果园覆盖方式的生态效应及其对果品产量及品质的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
试验研究稻草和地膜覆盖罗汉果园后土壤水分、温度、养分和空气温湿度等生态因子的变化及其对罗汉果产量和品质的影响表明,稻草覆盖有利于保持土壤水分,调节土壤温度变化,改善土壤理化性状,抑制杂草生长,提高果品产量和品质。在高温季节,稻草覆盖能使0～20cm土层土壤温度降低0．3～5．7℃,棚内空气温度降低1．2℃,提高土壤含水量和空气相对湿度,是值得在罗汉果园中运用的栽培措施;在地膜覆盖条件下,7月份棚下空气温度为34．2℃,7月、8月地表土壤温度分别达到35．2℃和34．3℃,超过罗汉果生长的温度适应范围．地膜覆盖不适于在高温季节使用。 相似文献
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根据2002-2005年3a的田间试验资料和1990-2005年16a的大田土壤水分观测资料,分析确定了安徽淮北地区冬小麦、夏玉米干旱等级指标和适宜土壤水分指标。基于常规气象资料建立了36个逐旬中期降水预报模型,基于温度、降水等气象要素建立了24个土壤墒情逐月回归模型,基于土壤水分平衡方程建立了农业干旱逐旬预报数学模型,对各模型进行综合集成,建立了淮北地区农业干旱综合预警模型。根据干旱预报和降水预报结果,以及作物-土壤适宜水分指标、作物需水量关键期、临界期和土壤水分临界值等,开发了淮北地区冬小麦、夏玉米的干旱预警和灌溉决策计算机服务系统,使用简便快捷,业务化程度高,在近2a的业务应用中,服务效果显著。 相似文献
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沟灌地表水流与溶质动力学耦合模型可为沟灌施肥系统的优化设计与管理提供有力工具,然而已有相关模型无法考虑沟底相对高程随机分布,且存在溶质对流和弥散过程的分裂误差以及由此带来的不稳定性等缺陷。为此,该文采用守恒型全水动力学方程和对流-弥散方程描述沟灌地表水流与溶质运动过程,借助双时间步法和有限体积法,并在地表水位相对高程梯度向量离散式中引入额外项,以精确模拟考虑沟底相对高程随机分布下地表水流推进与消退过程,实现了无条件稳定性下对沟灌地表水流与溶质运动所有物理过程的动力学耦合模拟。借助全程、前半程和后半程施肥时机下9个典型沟灌施肥试验实测数据,验证了模型的模拟效果。结果表明,模型能以优良的拟合度模拟出考虑地表相对高程随机分布下沟灌地表水流推进与消退过程,以及地表溶质浓度演变过程,且水量与溶质量的质量守恒误差小于0.1%,有效克服了已有模型的缺陷,为沟灌施肥系统的优化设计与管理提供了优良的数值分析工具。 相似文献
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贵州省喀斯特区域土壤水分持续上升时期气象要素对土壤水分的影响 总被引：1，自引：1，他引：0
[目的]系统分析气象环境要素对贵州省喀斯特地区土壤水分变化的影响,为该喀斯特区域土壤水分的预报、生态环境恢复以及农业产业化的优化布局提供理论参考。[方法]基于贵州喀斯特区域10个自动土壤水分观测站2011—2015年逐日土壤水分、降水量、气温、地表温度、相对湿度、风速和日照时数资料,针对不同农业气候区逐日土壤水分持续上升且气温持续上升或下降两个不同时段,分析气象要素对土壤水分的影响。[结果](1)气象要素对土壤湿度的影响具有一定的滞后性,其滞后时间为10~30d。(2)降水、气温、地表温度为影响土壤水分变化的最主要因子,与土壤水分相关系数为0.66~0.95;风速对土壤水分变化的影响较弱,相关系数0.40,相对湿度、辐射的相关系数仅在气温下降时期0.60。(3)气温越高、累计降水量越小,则累计降水滞后时间越短,但气温和地表温度滞后时间越长。(4)研究时段内累计降水大于22.4~135mm(气温持续上升)或11.2~54.7mm(气温持续下降)时,其余气象要素的变化不能改变土壤水分的上升趋势。(5)不同农业气候区气象要素与土壤水分关系模型绝大部分5%,误差较小,较准确反映了气象要素对土壤水分的影响。[结论]贵州省喀斯特区域10cm逐日土壤水分对气候要素的响应存在滞后性,而气象要素对土壤水分变化的滞后时间、相关系数的差别,主要原因是农业气候区、气象要素、逐日土壤水分变化阶段不同引起。 相似文献
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一个稻田土壤-作物体系的氮素循环模型 总被引：1，自引：0，他引：1
模型为一维模型,其主要框架由土壤水分运动、N素迁移转化以及水稻生长3个模块组成。在土壤水分运动模拟中,考虑了可能存在的饱和流和非饱和流;在N素运移中将土壤中的NH4 、NO3-和尿素视为土壤溶质,用对流弥散方程模拟其在垂直方向上的运移;在N素转化过程中考虑了尿素水解、有机N矿化、氨挥发、硝化、反硝化以及NH4 的吸附这6个过程;对于作物生长的模拟,选用了ORYZA水稻生长模型,并结合田间实验修改了其中一些参数。使用该模型对3年的田间试验进行了模拟验证,对于土壤中矿质态N素以及水稻生长的模拟,都得到了较好的模拟结果,通过与实测值的分析比较,耕作层的NH4 -N浓度,水稻各部分的生物量模拟值与实测值的吻合都达到了显著水平。 相似文献
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陕西省延川县孙家塬经济林土壤水分和水分平衡 总被引：3，自引：0，他引：3
对陕西省延川县孙家塬枣树林和苹果林4m深度土层水分的变化进行了研究,并对土壤水分有效性、土壤干层及其水循环等方面进行了分析。结果表明,枣树林地含水量平均为10.6%,还有4.5%的土壤水资源可以利用。苹果林地4m深度范围内平均含水量为7.4%,2.0—4.0m深度范围内土壤水资源基本耗尽。苹果林地土壤含水量自上向下呈现高—低—高分层变化特点,枣树林地土壤水分剖面垂向分层不明显。枣树林地和苹果林地土壤水分基本都呈难效水状态,但枣树林土壤水分接近中效水,土壤水分对苹果林生长具有严重的抑制作用,对枣树林的生长基本没有抑制作用。枣树林地2.0—4.0m深度范围仅有轻度干层发育,苹果林地土层2.0—4.0m深度范围有轻度干层、中度干层和重度干层发育。苹果林地和枣树林地土壤干层切断了深层水分与上层的联系。水循环主要表现为地表水循环,基本不存在地下水循环,形成了土壤—植物—大气的水分循环模式,属于异常水分循环类型。干层长期发展会导致该区地下水位的持续下降和地下水资源减少。该区土壤水分条件更适于发展枣树经济林。 相似文献
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在2012年黑河生态水文遥感试验（HiWATER）观测资料的基础上,结合卫星的地表温度产品计算观测点的垂直温度差及温度的日较差,并分析了不同时间尺度上温度差与浅层土壤相对湿度（包括土层深度2 cm,4 cm和10 cm的土壤相对湿度）的相关性。为检验温度差在区域含水量监测中的效果,利用经度、纬度和海拔高度对气温进行插值。同时为消除温度的区域性差异,将各温度差进行归一化处理,最后将归一化后的垂直温度差区域分布与土壤相对湿度进行了对比。结果表明:在各温度差中,地表温度和气温计算的垂直温度差与浅层土壤相对湿度的相关性最好;在时间尺度上,温度差与浅层土壤相对湿度的相关系数随时间尺度的增加而增大;在各土层深度中,温度差与4 cm的浅层土壤相对湿度相关性更好;在气温插值中,在纬度和海拔高度基础上插值出的气温与实测值之间更为接近;区域尺度上,归一化后的垂直温度差有效地解决了地理位置和下垫面对垂直温度差的影响,可以很好地监测月尺度上土壤湿度的变化的情况。 相似文献
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The force‐restore method originally developed to enable soil temperature predictions assumes that soil is uniform with depth (i.e. the vertical gradient of thermal diffusivity is zero in soil) and that thermal conduction is the only heat transfer mechanism necessary for prediction of soil temperature. These assumptions hamper the applicability of the force‐restore method to many natural soil conditions. The main objective of this study is to revise the force‐restore method by extending it to include the possibility of soil heterogeneity with depth (i.e. non‐zero vertical gradient of thermal diffusivity in soil) and to include the possible occurrence of convective heat transfer as well as conductive heat transfer in soil. Soil temperatures calculated by the current and the revised force‐restore methods for a shallow soil layer were compared with measured soil temperatures at a bare soil site in the China Loess Plateau from 22 to 26 July 2005. Results showed that the revised method improved on the current force‐restore method, which overestimated either the diurnal amplitude or the phase shift for the shallow soil layer. These results indicate that the revised force‐restore method is more applicable than the current force‐restore method for predicting soil temperatures in naturally occurring non‐uniform soil. The revised force‐restore method has potential application within many land‐atmosphere numerical models. 相似文献
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东北黑土区垄作农田寒季表土水分垂直变化特征 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤水分变化受地形地貌、土壤质地、土地利用方式等多种因素的影响。在冻结期内,不同地表环境下土壤水分变化有明显的不同。土壤水分含量的变化又会对冻结和融化过程中土壤物理性质产生影响,进而影响土壤的抗蚀性。为探究表土水分在冻结期内的变化过程,采用野外试验方法,对东北黑土区内四种典型旱地土壤寒季表土水分变化进行研究,结果表明:2014—2015年不同地区0—30 cm表层土壤水分在冻结初期增加幅度较大,增加量大小为棕壤（西丰） > 白浆化暗棕壤（梅河口） > 黑土（海伦） > 暗棕壤（扎兰屯）,平均增加了3.1%,2.7%,2.5%,0.7%。随着土壤冻结过程的持续,土壤水分增加量减少。垂直方向上,冻结期内四种土壤在0—10 cm土层水分含量平均值为海伦（35.3%）、西丰（27.1%）、梅河口（21.1%）、扎兰屯（24.1%）,均高于其他土层。在坡面尺度上,由于不同坡位土壤、地形、耕地应用格局空间分布不同,进而影响水分向表层的迁移量。坡向对寒季表土水分变化的影响在不同地区表现不同。 相似文献
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Soil moisture has a significant influence on water, energy, and carbon biogeochemical cycles. A numerical method for solving Richards' equation is usually used for simulating soil moisture. Selection of a lower boundary condition for Richards' equation will further affect the simulation results for soil moisture, water cycle, energy balance, and carbon biogeochemical processes. In this study, the soil water movement dynamic sub-model of a hydrologically based land surface model, the variable infiltration capacity (VIC) model, was modified using the finite difference method (FDM) to solve a mixed form of Richards' equation. In addition, the VIC model was coupled with a terrestrial biogeochemical model, the Carnegie Ames Stanford Approach model of carbon, nitrogen, and phosphorus (CASACNP model). The no-flux boundary (NB) and free-drainage boundary (FB) were selected to investigate their impacts on simulations of the water, energy, and soil carbon cycles based on the coupling model. The NB and FB had different influences on the water, energy, and soil carbon simulations. The water and energy simulations were more sensitive, while the soil carbon simulation was less sensitive to FB than to NB. Free-drainage boundary could result in lower soil moisture, evaporation, runoff, and heterotrophic respiration and higher surface soil temperature, sensible heat flux, and soil carbon content. The impact of the lower boundary condition on simulation would be greater with an increase in soil permeability. In the silt loam soil case, evaporation, runoff, and soil respiration of FB were nearly 16%, 13%, and 1% smaller, respectively, compared to those of NB. 相似文献
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Soil heat and moisture processes are interconnected, especially during low temperatures. To examine the interaction between soil temperature and moisture under freeze‐thaw cycles, a physical process‐based model (CoupModel) coupled with uncertainty analysis was applied to 3‐year measurements under seasonal frost conditions from a site in the black soil belt of northeast China. The uncertainty in parameters and measurements was described by general likelihood uncertainty estimation (GLUE). To identify the degree of linkage between soil temperature and moisture, three criteria were applied to them separately or together. The most sensitive parameters among 26 site‐specific parameters were closely related to soil heat, soil evaporation and freeze‐thaw processes. Soil temperature was simulated with less uncertainty than soil moisture. Soil temperature measurements had the potential to improve model performance for soil water content, whereas soil moisture measurements demonstrated a trade‐off effect when finding a model with good performance for both temperature and moisture. During winter conditions the uncertainty ranges of soil temperature were most pronounced, probably because of the greater complexity of soil properties during the freeze‐thaw process and the uncertainty caused by snow properties. The largest uncertainty ranges of both soil water content and soil water storage were found mainly in the deep soil layers. The simulated surface heat fluxes are an important output of the model and it is of great value to compare them with the results from regional climate models and micrometeorological measurements. 相似文献
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土壤水分反演的特征变量选择研究综述 总被引：4，自引：1，他引：3
土壤水分是水、能量和生物地球化学循环中不可忽略的组成部分,土壤水分信息对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究有着重要意义。基于遥感数据的土壤水分反演算法是获取土壤水分信息的重要手段,通过对影响土壤水分反演的因素进行梳理,将影响因素抽象为包括土壤特征,植被特征,以及气象特征在内的特征变量,并以此为主线对土壤水分的反演研究进行回顾与梳理。分析了利用不同特征变量反演土壤水分时存在的问题和发展趋势,指出土壤水分反演过程中存在特征变量理论研究不足、综合应用不深的问题,强调耦合使用各类特征变量以提高水分反演精度是未来的研究热点。 相似文献
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土壤表层水汽传输阻抗是估算区域蒸散的关键参数之一,但其与土壤水热参数的数量关系的研究在高寒系统中十分薄弱。利用涡度相关系统观测的2014/2015年度高寒草甸非植被生长季(11月-翌年4月)的土壤蒸发数据,基于Penman-Monteith方程反推得出非生长季土壤表层阻抗的昼(9:00-18:00)变化特征,并研究其与土壤5cm温度和土壤5cm含水量的关系。结果表明,非生长季土壤表层阻抗表现出单峰型日变化特征,其最大值一般出现在15:00前后。逐时土壤表层阻抗与土壤5cm温度呈极显著幂函数阈值关系(R2=0.38,P0.01,N=115),即土壤温度为–4.25℃时土壤表层阻抗最大;与土壤5cm含水量呈极显著指数负相关(R2=0.12,P0.01,N=115)。非生长季逐日土壤表层阻抗的变化无明显季节规律,与土壤5cm温度(R2=0.69,P0.01,N=10)和土壤5cm含水量(R2=0.27,P0.01,N=10)均表现为极显著指数负相关。相关分析表明,非生长季土壤蒸发主要受太阳总辐射(R20.50,P0.01)的控制。研究结果表明土壤温度而非土壤含水量主导着高寒草甸非生长季土壤表层阻抗的变化。 相似文献
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干旱区不同荒漠植被土壤水分的时空变化特征分析 总被引：13，自引：2，他引：13
土壤水分是连接气候变化和植被覆盖动态的关键因子。以额济纳地区为研究对象，通过在6～10月间，于四种荒漠植被类型：胡杨林地，人工梭梭林，苜蓿地及戈壁观测点，布置管式时域反射仪（TDR）水分测定仪进行定点、定位观测，研究了上游放水前后，同一观测点不同深度及不同土地利用条件下土壤水分的时空分布和动态变化状况。分析表明：潜水蒸发对土壤水的补给作用越强，剖面水分条件越好；受土壤特性影响，垂直剖面含水量自下而上并不是严格递减的，对外界环境条件变化所做出的反应也不同，其中戈壁及人工梭梭林地土壤水分在垂直剖面上分布较均匀；胡杨林地和苜蓿地各剖面土壤水分差异较大。 相似文献
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《Agricultural and Forest Meteorology》2007,142(2-4):186-202
This paper lists selected observational and modeling studies which provide evidence that agriculture, through the transformation and management of vegetation, has had, and continues to have, an impact upon the weather and climate on the local, regional and global scales. The influence of agriculture on weather and climate, through the alteration of the physiological properties of the land cover, is illustrated by examples from the cropped grassland of the Canadian Prairies.The physiological and physical properties of the vegetation, along with the land cover's impact upon the level of available soil moisture, affect the weather and climate by influencing the transfer of heat, moisture and momentum from the land surface to the overlying air. The principle physiological properties are leaf area, stomatal resistance, and rooting depth; the main physical properties are albedo and surface roughness. By land clearing, cultivation and the grazing of domesticated animals, man has transformed and now manages the vegetation over vast areas of the globe. Agriculture influences the availability of energy and water vapour mass for moist deep convection on the local and regional scales. By creating latent heat flux discontinuities, it may induce mesoscale circulations that initiate moist deep convection. Agriculture, by affecting the level of stored soil moisture, moisture that is available to the vegetation during a later period, may influence the level of convective activity within a region during a subsequent season. Thus agriculture, through the physiological and physical properties of the land cover, has had, and continues to have, an impact upon near surface weather elements and, more significantly, upon the regional hydrologic cycle.Spatially coherent and persistent patterns of thunderstorms play a role in the export of heat and moisture from lower to higher latitudes—this may effect the general circulation. Thus agriculture, by influencing the occurrence, location and intensity of moist deep convection, particularly in the tropics, may also influence global weather and climate. 相似文献