基于Noah LSM的河套灌区土壤含水量同化研究

土壤含水量是灌区水资源管理研究中的关键参量,获得时空连续的可靠土壤含水量对灌区水资源管理意义重大。河套灌区是全国三大灌区之一,目前在该区域还没有开展时空连续土壤含水量的同化实验。本文利用地面实测单点土壤含水量数据和遥感反演区域土壤含水量数据,基于Noah LSM模型和集合卡尔曼滤波(En KF)算法的同化方案实现了河套灌区时空连续土壤含水量的单点和区域模拟,并对比分析了同化结果和模型模拟结果。单点同化实验显示,同化结果和模型模拟结果均能反馈出强降雨中的土壤含水量变化,且模型模拟也能较好反应实测值变化,但同化结果比起模型结果更另接近实测值。区域同化实验表明,模型模拟土壤含水量的空间变异性时效果较差,同化结果能明显改善这个问题,整体模拟结果更接近于遥感反演的土壤含水量值。     

上海地区夏季地表热通量特征及其影响因素

通过土壤温度预报校正(TDEC)法验证了地表下5 mm处测量土壤热通量的准确性,并以此代表地表热通量.总结了上海地区3种典型日(晴天、多云、雨天)地表下5 mm处土壤热通量的日变化情况,并通过控制变量法综合分析不同因素(太阳辐射量、土壤含水量、云量等)对土壤热通量的影响.结果表明:土壤热通量的波动晴天时最剧烈,波动范围为-23.62～111.81 W/m~2;随着土壤深度的递减,土壤热通量在多云和雨天的波动范围依次减小;未下雨时太阳辐射量与土壤热通量之间的相关性较强(R~20.74);土壤热通量的波动范围随土壤含水量的增加而缩小;在不同典型日,土壤热通量受到不同因素的影响.     

HUBEX试验期间淮河流域陆面过程特征的初步分析

通过分析淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)1998～1999年巡回通量观测资料,发现在半湿润季风气候区,对于地表能量平衡而言潜热和感热通量在大多情况下是同等重要的,对于旱地和水田潜热甚至更主要,这与干旱、半干旱地区感热占主导地位完全不同.在晴空条件下,各层土壤温度均表现出一定的日变化特征,且其变化幅度随深度递减,在60cm深处温度日变化已减弱到1℃以下.另外60cm深度也是土壤含水量变化的转折点,因此在该区域可近似把60cm深度作为临界层.同时该流域土壤含水量的垂直廓线随天气背景和土壤类型的不同而不同,且在蒋集站6月份明显存在最大土壤含水量层.     

非均质中低分辨率像元土壤含水量地面采样方法研究进展

在一定的精度条件下,如何通过合理的地面采样方法获取非均质混合像元的地面真值,是遥感准确反演土壤含水量需要解决的基本问题。目前常用的地面传统采样方法包括传统统计采样、自助采样、随机组合采样、地统计采样、分层采样、稳定性采样,都需要地面较密集的实测数据才能获得合理的采样方案,然而,在实际中,中低分辨率尺度很难进行地面预采样,传统地面采样方法很难满足区域尺度土壤含水量的地面采样需求。基于先验知识的地面采样方法由于不需要地面较密集的实测数据,已成为中低分辨率像元土壤含水量地面采样的新热点。综合分析土壤含水量不同地面采样方法的特点和优势以及采样方法的适用条件,为土壤含水量反演算法模型的构建和产品的真实性检验提供科学的地面采样参考依据。     

一种基于查找表的GNSS-R土壤含水量估算方法

在分析模型仿真结果的基础上,提出基于查找表的GNSS-R土壤含水量估算方法.将该方法应用于地基试验观测数据处理中,结果表明,2013年12月22日试验的估算结果比较接近3.5 cm深度的土壤含水量实测值.2013年9月的试验结果显示反射信号功率有强烈的衰减,可能的原因是,接收反射信号的高增益天线倾斜架设以及地表中等程度的植被覆盖.此方法在保证计算精度的同时还有显著的效率优势,能够为GNSS-R试验方案设计、土壤含水量估算模型改进等提供参考.     

桉树树干径向生长日变化及其对环境因子的响应

为了研究夏季气温、土壤含水量等环境因素对桉树树干径向生长的影响,以海南省儋州的3年生桉树为研究对象,利用DD型树木径向变化记录仪对树干的径向日生长进行连续监测,同时记录土壤含水量、空气相对湿度、气温、大气水势、太阳辐射、饱和水汽压差等环境因子,分析桉树树干径向生长日变化特征对环境因子的响应.结果显示:桉树树干的径向生长呈明显的昼夜周期性变化规律,表现为白天收缩、夜间膨胀的波动过程,日最大值出现在07∶00左右,日最小值出现在16∶00左右.相关分析结果表明,桉树树干径向生长日变化与土壤含水量、空气相对湿度和大气水势呈正相关,与气温、太阳辐射、饱和水汽压差呈负相关,相关性具有高度统计学意义(P0.01).主成分和偏相关分析结果表明,土壤含水量是影响桉树树干径向生长日变化的最主要环境因子.     

SWCC测定时吸力计算公式与最佳离心时间的探讨

采用离心机法测定了南京市栖霞区东阳镇0～20cm,20～40cm,40～60cm 3层土壤的水分特征曲线(SWCC),分析了密度变化对吸力的影响、质量含水量与时间的关系、土壤吸力与质量含水量的关系;根据分析结果改进了传统的吸力求解公式,得出了离心机法测定粉砂壤土水分特征曲线时的最佳离心时间.改进公式克服了传统公式计算吸力时没有考虑土壤压缩的弊端,计算得到的土壤体积含水量可以随土壤干密度的变化而变化,土壤水分特征曲线更能合理地反映土壤水分的保持和运动规律.     

章古台沙地人工乔木林地土壤水分垂直变化分析

通过土钻法对章古台沙地不同乔木植被定位监测,分析土壤水分变化情况.得出结果:不同乔木林类型的土壤含水量在不同时期各不相同.土壤水分的季节性变化是降雨和植物生长共同作用的结果.在雨季,200cm土层土壤含水量最小的是油松林地,雨季土壤含水量为2.7%     

吸灌条件下土壤水分运动数值模拟

通过对节水灌溉新技术——吸灌技术机理的研究，建立了吸灌条件下的土层土壤水分运动数学模型，通过对蒸发作用下土壤含水量变化的数值分析，和对裸露地面与有植物生长两种情况的数值模拟验证，表明数值分析结果与实测值有较好的一致性。     

干旱对苹果树叶相对含水量变化的影响分析

通过试验分析了干旱对苹果树叶相对含水量变化的影响，结果表明土壤干旱和水分胁迫时苹果树叶相对含水量下降，并且随着土壤干旱程度的加大和干旱时间的延长而变化加剧。     

地源热泵间歇运行地温变化特性及恢复特性研究

针对土壤源热泵运行过程中地下传热衰减问题,进行了热泵间歇运行实验,测试分析了热泵间歇运行过程中地温变化规律及其对换热率和机组性能的影响.建立基于渗流的三维非稳态传热模型,对地下垂直U形埋管与周围土壤的热湿耦合传递进行数值计算,模拟了热泵运行状态下地温变化及热泵停歇状态下地温恢复特性;数值分析了土壤导热系数、土壤孔隙率、不同回填材料及太阳辐射能对地温恢复过程的影响.实验与数值计算都表明,热泵可控间歇运行策略对于改善地下传热,提高热泵系统性能具有重要作用,探讨热泵可控间歇运行问题对于地热能高效一体化利用具有理论意义.     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

吉林中部地区土壤水分遥感反演与应用

表观热惯量法是热红外遥感监测土壤水分的重要方法之一.土壤的表观热惯量可以通过对土壤反照率和地表温度日较差的测量而获得。以吉林中部地区为研究区,根据表观热惯量反演土壤水分含量的原理,选取春播时期的四月份时相,利用MODIS_L1B数据计算模型中的相关参量,进而计算表观热惯量值。将计算结果与土壤水分含量实测值进行线性回归分析,结果通过了置信度0.01的显著水平t检验,相关系数R=0.831,并分析土壤类型对土壤水分含量差异的影响,结果与表观热惯量反演土壤水分的计算结果一致。     

埋管换热器对地表温度影响的模拟分析

为探讨地源热泵系统垂直埋管换热器运行对地表温度的影响,采用数值模拟的方法,基于一定的覆土厚度,结合不同工况下的埋管负荷,建立了地下土壤、钻孔、覆土与外界环境之间的传热模型,对埋管运行期覆土层温度场的变化进行了分析,并对地表温度随覆土厚度的变化规律进行了研究。结果表明,在地埋管的连续换热作用下,埋管周围土壤温度显著变化,且越接近钻孔中心,温度变化幅度越大;钻孔顶部覆土层温度局部变化,随着覆土厚度增加,温差递减;地表温度变化范围及上升幅度与埋管换热量成正比,与覆土厚度成反比;增加覆土层厚度能有效减缓地埋管换热对地表温度造成的热影响,有利于管群区域的红外伪装。     

温度效应对非饱和土壤中湿分迁移影响的实验

在多种条件下,对非饱和多孔土壤中温度和湿分分布的动态特性进行了实验研究,分析了温度效应对水分运移的影响.结果表明:温度对土壤水分含量的影响显著,随着温度升高,土壤持水性降低,水分含量明显降低;在周期性变化的土壤温度的作用下,土壤水分含量则呈周期性变化;土壤润湿度与温度变化幅度共同决定温度效应对土壤湿分迁移的影响程度,由温度和温度梯度引起的湿分迁移在含水量中等程度的土壤中作用明显.     

超临界压力水在水平同心套管间自然对流换热研究

通过数值计算深入分析了超临界压力条件下水的强烈的物性变化及对流换热的边界条件对水平同心套管间自然对流换热的影响规律,并为高新技术的发展提供一定的理论基础。采用求解原始变量的有限差分法,并利用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ,对控制方程组进行了数值求解。分析了在内、外管表面均为等壁温边界条件或内管为常热流、外管为等壁温边界条件下,同心套管间的流场和温度场;研究了强烈的变物性、内外表面温差及内管壁面上的热流密度等对内、外管壁上自然对流换热系数的影响规律。结果发现：在内管表面热流密度相同的条件下,不同的外管表面温度所对应的内、外管表面温差及对流换热系数有比较大的差异;在某些条件下,随着热流密度的升高,尽管套管内自然对流流速增大,但是自然对流换热能力却下降。     

温度与土壤含水量对阔叶红松林土壤呼吸影响

采用静态封闭箱式技术对长白山阔叶红松林土壤CO2的排放通量进行一年的观测，通过多元回归分析了土壤CO2排放速率与8环境因子间的关系。结果表明：土壤CO2排放通量与土壤5cm温度和0．20cm平均土壤含水量（体积比）呈显著止相关。上壤呼吸与温度和含水量分别表现出幂函数和指数关系。土壤温度和含水量显著影响土壤呼吸的变化。当土壤含水量（体积百分比）大于25％时，土壤呼吸Q10值从1．14（含水量〈25％）降低到1．09（含水量〉25％）。在土壤含水量固定不变时，土壤温度能反映土壤呼吸的86％的变化。当土壤温度固定不变时，土壤含水量能反映土壤呼吸的32％的变化。建立土壤呼吸温度幂函数和含水量指数关系的非线性双因子模型。温度和水分双因于土壤呼吸模型能反映森林土壤呼吸的91％的时空变化。土壤呼吸温度和水分双因子模型估算的年土壤CO2排放通量比土壤呼吸口Q10幂函数模型估算值高11％。     

植物根系占位对土壤热湿迁移的影响

将土壤床作为非饱和多孔介质，考虑土壤内热、湿、气的耦合迁移机制，针对根系占位或不占位两种情况，对植物根系土壤床中的传热传质进行数值模拟，比较土壤中各量场的分布，分析植物根系占位对土壤床内热量及水分迁移的影响，计算和分析结果表明，植物根系的占位对土壤床内水分迁移有明显的影响，根系的存在使土壤内部的水分分布更为均匀，有利于水分向植物根系密集的上层土壤迁移，也有利于水土保持。     

高温水冷后花岗岩微观孔径及渗透性分析

高温热处理后岩石的物理力学性质的变化与其内部孔隙结构的改变有关.以高温水冷处理后的两种花岗岩为研究对象,进行了气体渗透试验,研究了其渗透性随温度的演化规律及微观孔隙结构的变化,并利用比表面积及孔径分析测试从微观层面分析了高温水冷处理后花岗岩的损伤演化和裂隙发育机理,为宏观物理性质改变提供了理论依据.结果表明,两种不同的花岗岩在受到高温水冷后表现出相同的规律,随着温度的升高,岩石内部逐渐产生温度裂隙,比表面积增大、总孔体积增大.利用比表面积及孔径分析得到了岩石内部纳米级孔隙的分布情况,发现在温度的作用下岩石内部的介孔受温度的影响最大.可见,在高温热处理后花岗岩内部的温度裂隙是影响岩石物理性质的主要因素之一,同时利用比表面积及孔径分析测试可以得到花岗岩内部的纳米级孔隙分布情况,为花岗岩的微观孔隙结构研究提供了技术支持.     

寒区冻土层含冰孔隙结构导热模型构建及应用分析

冻土主要由固、液和气三相物质构成,其中固体可以看成骨架,另外两相物质填充在孔隙中,是典型的多孔介质。寒区冻土层融沉过程中,其中的孔隙结构、矿物颗粒和含冰量等参数变化幅度较大,导热系数等热物性参数随之变化,目前在精细表征和分析研究方面存在一定不足。针对含冰冻土,采用多孔介质描述方法,考虑其相态变化特性,将其分为未冻区、融化区、固结区及已冻区;基于表征单元体(representative elementary volume, REV)方法,结合冻土物理学和传热传质学理论,构建了冻土层导热分析模型,包括微观模型和宏观分析模型;以寒区土壤冻融过程为例进行模拟计算,分析了孔隙率、含水率、含冰率以及通道构成系数等对冻土导热系数的影响规律。所建模型可为寒区冻土传热机理分析及导热特性研究提供理论基础。