野外试验中热脉冲探针间距校正方法的应用

土壤热特性是土壤的重要参数之一,热脉冲探针是目前土壤热特性最为常用的测量方法。在用热脉冲探针测量土壤热特性时,探针间距对测量结果的准确性影响非常大。而在野外试验中,由于土壤受到植物根系、土壤冻融、土壤动物活动等的影响,会造成探针间距的变化。因此,探针间距的校正在野外实地测量时十分重要。本研究团队在2013年提出热脉冲探针间距的校正方法,即在温度探针中使用两个热敏电阻,并通过理论公式校正探针初始间距后,得到间距变化后的探针真实间距。将此校正方法应用于野外试验中,分别于夏季和冬季监测土壤中三个深度处(3 cm、8 cm和13 cm)探针间距的变化。结果显示探针间距校正后得到的土壤热特性参数与未校正探针间距时的土壤热特性相比,探针间距校正后得到的土壤热特性参数更加准确可靠;但由于冬季表层土壤存在结冰现象,造成热脉冲探针无法准确测量热特性参数。     

土壤热通量板测量误差及Philip修正公式的适用性

土壤热通量的测量是地表热量平衡研究中重要的一部分。测量土壤热通量有很多种方法,其中热通量板法简单易行但准确度无法判定。采用计算机模拟与室内实验相结合的方法,研究土壤热通量板测量误差及影响因素;将土壤作为均匀介质,将热通量板作为复合材料,研究复合材料在均匀介质中对温度场和热流分布的影响。此外,本文还对Philip在1961年提出的修正公式的效果进行了分析。结果表明,当土壤与热通量板的热导率接近时,热通量的测量误差较小;Philip修正公式在瞬态条件下的适用性较差。本研究表明,由于热通量板与土壤二者热导率的差异,热流在板边缘处会扭曲,从而导致热通量测量误差;由于Philip公式在推导过程中存在简化运算的处理,在土壤温度随时间波动的情况下,校正值与理论值间仍存在差异的现象,表明该公式的适用范围有限。