【摘 要】
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土壤热导率是反映土壤导热能力的重要热力学参数之一,在能源工程、土壤科学以及农业气象学等学科被广泛应用,土壤热导率随含水率、温度等因素变化,定量描述该变化规律是进一步提高土壤热通量计算精度的基础。毛乌素湖盆滩地位于干旱半干旱地区,日温差较大,夏季太阳辐射充足,但其包气带厚度较小,潜水水位埋深较浅,开展对本地区区域土壤热通量的计算研究,对于区域水资源合理开发利用与表生植被生态环境保护有重要的科学与实践
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土壤热导率是反映土壤导热能力的重要热力学参数之一,在能源工程、土壤科学以及农业气象学等学科被广泛应用,土壤热导率随含水率、温度等因素变化,定量描述该变化规律是进一步提高土壤热通量计算精度的基础。毛乌素湖盆滩地位于干旱半干旱地区,日温差较大,夏季太阳辐射充足,但其包气带厚度较小,潜水水位埋深较浅,开展对本地区区域土壤热通量的计算研究,对于区域水资源合理开发利用与表生植被生态环境保护有重要的科学与实践意义。本文以渗流理论、土壤物理学、土壤水动力学基本理论为指导,采用原位监测、室内实验、理论分析与计算等方法与手段,确定不同温度下的土壤热导率模型,利用量热法和温度梯度法分别计算了不同深度的土壤热通量,探讨了土壤热量的季节变化,主要结论为:(1)改进了常温下土壤热导率模型,并利用大量实测数据对常温模型进行了验证,对于Lu(2007)、Karsubuchi(2003)、Mc Innes(1981)文献中的数据,其实测值与模型计算值的均方根误差分别为0.115、0.118、0.097 W m-1K-1。(2)建立了归一化热导率随含水率、温度变化的模型,并根据相关实测数据对模型参数进行了拟合。对于某一特定含水率,归一化热导率随土壤温度增加呈指数增加。(3)基于KDII-pro热参数分析仪,实测并分析了5、15、25、40、60℃时土壤热导率随含水率的变化规律。计算四种土壤热导率的实测值与模型计算值的均方根误差分别为0.138、0.081、0.091和0.085 W m-1K-1。(4)使用不同温度下热导率模型提高了土壤热通量的计算精度。分析了正弦波法、温度梯度法、量热法以及热传导对流法在计算土壤热通量时的误差及其影响因素。(5)使用量热法和温度梯度法分别计算了地表土壤热通量和深部土壤热通量,结果表明,2018年全年包气带土壤向大气传输热量为20MJ m-2,87cm深度以下土壤向上传输热量为4.5 MJ m-2。
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