Определение теплофизических параметров почвы по динамическим данным о ее температуре

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Разработаны методики определения коэффициента температуропроводности по точечному значению температуры почв заданной мощности на основании результатов анализа динамики температуры на одной глубине по восьми суточным наблюдениям с интервалом в 3 ч. Предложенные методы основаны на решении (с двумя гармониками на поверхности почвы) обратных задач уравнения теплопереноса. Экспериментальные исследования температуры слоев 0, 5, 10, 15, 20 и 40 см глеевой пойменной почвы (Clayey Calcic Pantofluvic Fluvisols) района Игдыр, Восточная Турция, проводили с помощью датчиков Elitech RC-4 в течение летного сезона. С помощью полученных данных различными методами были рассчитаны теплофизические свойства почвы: теплопроводность, температуропроводность, глубина затухания, теплоотдача, тепловой поток. На основании статистических критериев доказано, что предложенная точечная модель является наилучшей. Установлено, что для исследованной почвы температуропроводность составляет 1.1035 × 10–6 м²/с, теплопроводность 1.7612 Вт/(м °C), глубина затухания 17.42 см, теплоусвояемость (теплоаккумуляция) 27.9431 Вт ч0.5/м² °C. Установлено, что наибольший тепловой поток на поверхности почвы приходится на 12:00 дня (106.85 Вт/м²), а наименьший – на 03:00 ночи (–64.62 Вт/м²).

Об авторах

Р. Ф. Микаил

Ыгдырский университет

Email: fariz.mikailsoy@igdir.edu.tr

кафедра математики

Турция, Ыгдыр, 76000

Е. А. Хазар

Ыгдырский университет

Email: fariz.mikailsoy@igdir.edu.tr

кафедра математики

Турция, Ыгдыр, 76000

Е. В. Шеин

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: fariz.mikailsoy@igdir.edu.tr
Россия, Ленинские горы, 1, Москва, 119991

Ф. Д. Микаилсой

Ыгдырский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: fariz.mikailsoy@igdir.edu.tr

кафедра математики

Турция, Игдыр, 76000

Список литературы

  1. Болотов А.Г. Метод определения температуропроводности почвы // Вестник АГАУ. 2015. № 7. C. 74–79.
  2. Каганов М.А., Чудновский А.Ф. Об определении коэффициента теплопроводности почв // Изв. АН СССР. География. 1953. № 2. С. 183–191.
  3. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. 486 с.
  4. Колмогоров А.Н. К вопросу об определении коэффициента температуропроводности почвы // Изв. АН СССР. География и геофизика. 1950. № 2. С. 97–99.
  5. Куртенер Д.А., Решетин О.Л. Об одном решении уравнения теплопроводности в связи с расчетом температуры почвы // Теплообмен в открытом и защищенном грунте. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. С. 38–45.
  6. Микайылoв Ф.Д., Шеин Е.В. Граничные условия при моделировании переноса тепла в почве // Агрофизика. 2014. № 4. С. 1–6.
  7. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почв. М.: Наука, 1967. 650 с.
  8. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнение математической физики. М.: Наука, 1966. 724 с.
  9. Цейтин Г.Х. О вычислении коэффициента температуропроводности и потока тепла в почву по осредненным температурам // Тр. ГГО. 1956. Вып. 60. С. 67–80.
  10. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  11. Anonymous. Turkish State Meteorological Service. Igdir, 2020.
  12. An K., Wang W., Zhao Y., Huang W., Chen L., Zhang Z., Wang Q., Li W. Estimation from soil temperature of soil thermal diffusivity and heat flux in sub-surface layers // Bound. Layer Meteor. 2016. V. 158. P. 473–488. https://doi.org/10.1007/s10546-15-0096-7
  13. Black C.A. Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Properties. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America, Madison. 1965. № 9. Р. 374–390.
  14. Blake G.R., Hartge K.H. Bulk density. In: Methods of Soil Analysis. Part I, Physical and Mineralogical Methods, ASA and SSSA. Agronomy Monograph No: 9. Madison, Wisconsin USA. 1986. P. 363–381.
  15. Gao, Z. Determination of soil heat flux in a Tibetan short-grass prairie // Bound. Layer Meteorology. 2005. V. 114. P. 165–178. https://doi.org/10.1007/s10546-004-8661-5
  16. Gao Z., Russell E.S., Missik J.E.C., Huang M., Chen X., Strickland C.E., Clayton R., Arntzen E., Ma Y., Liu H. A novel approach to evaluate soil heat flux calculation: An analytical review of nine methods // J. Geophys. Res. Atmos. 2017. V. 122. P. 6934–6949. https://doi.org/10.1002/2017JD027160
  17. Gee G.W., Bauder J.W. Particle-size analysis. Methods of Soil Analysis. Part 1.
  18. Physical and Minerological Methods. Agronomy. 1986. V. 9. P. 383–441.
  19. Erdel E., Mikailsoy F. Determination of thermophysical properties of fluvisols in eastern turkey using various models // Eurasian Soil Science. 2022. V. 55. P. 1568–1576. https://doi.org/10.1134/S1064229322110047
  20. Heitman J.L., Horton R., Sauer T.J., Ren T., Xiao X. Latent heat in soil heat flux measurements // Agricultural and Forest Meteorology. 2010. V. 150. P. 1147–1153. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2010.04.017
  21. Horton R. Jr. Determination and use of soil thermal properties near the soil surface. Ph.D. New Mexico State University, Las Cruces, New Mexico, USA. 1982. 132 p. https://www.proquest.com/docview/ 303249135?pq-origsite=gscholar&fromopenview=true
  22. Mikail R., Hazar E., Farajzadeh A., Erdel E., Mikailsoy F. A comparison of six methods used to evaluate apparent thermal diffusivity for soils // Mathem. Anal. and Convex Optim. 2021. V. 2. P. 51–61. https://doi.org/10.29252/maco.2.1.5
  23. Mikailsoy F.D. On the influence of boundary conditions in modeling heat transfer in soil // J. Engineer. Phys. Thermophys. 2017. V. 90. Р. 67–79. https://doi.org/10.1007/s10891-017-1540-y
  24. Mikayilov F.D. and Shein E.V. Theoretical principles of experimental methods for determining the thermal diffusivity of soils // Eurasian Soil Science. 2010. V. 43. P. 556–564. https://doi.org/10.1134/S1064229310050091
  25. Walkley A., Black L.A. An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method // Soil Science. 1934. V. 37. P. 29–38. https://doi.org/10.1097/00010694-193401000-00003
  26. Sauer T.J., Horton R. Soil heat flux // Micrometeorology in agricultural systems // Agron. Monogr. Madison. 2005. V. 47. P. 131–54. https://doi.org/10.2134/agronmonogr47.c7 https://www.elitechlog.com/wp-content/manuals/RC-4-RC-4HA-RC-4HC-instructions.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Среднесуточные значения температуры почвы T(ɀi, ti) на различных глубинах за период с 01.06.2020 по 31.08.2020.

Скачать (129KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сезонный ход ежечасных температур T(0, ti) и плотность теплового потока q(0, ti) на поверхности почвы, ɀ = 0, вычисленные различными методами (М1–М8).

Скачать (141KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024