干旱半干旱区土壤温度计算方法对比研究：2009年敦煌至平凉实例

本文主要探讨了干旱半干旱地区不同下垫面土壤温度的计算方法比较研究，发表于2011年的《北京大学学报(自然科学版)》第47卷第6期。研究者张海宏、刘树华等人利用2009年7月至8月敦煌、巴丹吉林沙漠边缘、巴丹吉林沙漠腹地和平凉等地的土壤温度观测数据，对比了热传导方法和热传导一对流方法在估算土壤热扩散率和水通量密度上的应用。 首先，研究团队采用了热传导方法，这种方法基于土壤中的热量通过直接分子间相互作用进行传递，计算了四个地区的土壤热扩散率，结果显示敦煌的土壤热扩散率为1.62×10^-1 m^2·K^-1，而巴丹吉林沙漠边缘、沙漠腹地和平凉的数值分别为6.92×10^-7、8.01×10^-7和16.10×10^-7 m^2·K^-1。这些热扩散率反映了土壤的导热性能，即土壤吸收和传递热量的能力。 其次，他们使用了热传导一对流方法，这种方法除了考虑热传导外，还考虑到土壤水分对热量传递的影响。研究发现，这一方法在考虑水分垂直运动对能量传输的情况下，能更好地模拟土壤温度的日变化特征。例如，在巴丹吉林沙漠边缘和腹地，由于土壤含水量较高，热传导对流方法模拟的土壤温度标准差相对较小，反映出其在湿润环境中更为精确。 水通量密度的测量也是一项关键指标，文中给出了敦煌（4.72 m^1·s^-1）、巴丹吉林沙漠边缘（9.22 m^1·s^-1）和黄土区和平凉（7.06 m^1·s^-1）的数值，这反映了水分在土壤中的流动情况以及其对土壤温度的影响。 最后，研究通过最小方差拟合法对比了两种方法模拟的10厘米深处土壤温度值，发现这两种方法都能较好地再现实际观测数据，且白天的温度模拟更为准确。然而，热传导对流方法在处理水分作用下的土壤温度变化时表现更优，特别是在沙漠边缘和腹地等水分条件较为复杂的区域。 本研究为干旱半干旱地区土壤温度的测量和预测提供了一种实用的计算方法，强调了水分对土壤温度动态的重要影响，并为气候模型和土地管理决策提供了有价值的数据支持。