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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：本文目的在于对不同地区条件下温热变化进行对比分析,了解南京不同地区的内温热变化情况,下垫面温度变化的影响因素,同时应用南京地区温度变化的观测资料，利用不同热通量方法进行比较南京不同地区的下垫面热通量估算方法比较。研究意义：下垫面热通量是地表热量平衡的组成部分，表征下垫面表层与深层间的热交换状况。研究下垫面热交换对了解各地气候，特别是土壤气候的形成及对农业生产、公共交通建设等有重要意义。热通量作为主要的土壤物理参量，是陆地生态系统能量平衡方程中的重要组成部分，在很大程度上影响着系统能量的闭合程度。土壤热通量的不同，反映了不同生态系统土壤获得能量的强弱，也反映了不同生态区域地温的变化特征和气候特征。因而，通过观测和分析土壤热通量可以了解地表能量的收支状况，以及植物根系生长的微气候环境，对掌握不同生态区域的能量平衡、水分输送和植物根系的呼吸作用有十分重要的意义。对不同下垫面的土壤热扩散特性和湍流通量输送及其陆面过程参数化方面进一步的了解。用不同热通量计算方法比较南京不同地区的热通量，目前很多参观文献研究表明，PlateCal 法（Liebethal et al.，2005）计算土壤热通量的精度较高，但在不同的干湿地表状况下，其计算性能又会受到影响，如干燥条件下，PlateCal 法的计算结果较好，湿润条件下，谐波法（Heusinkveld et al.，2004）的计算精度反而较高，而降水情况下，这些方法的计算误差都比较大。这表明现有土壤热通量计算方法尚不能稳定可靠地描述土壤中的热量传输过程，准确计算土壤热通量仍然存在诸多困难。为了更好地研究土壤热通量计算方法，今后可以在实验室开展不同土壤热通量计算方法的对比试验。在控制某些变量（如土壤质地、有机质含量等）的基础上，对不同土壤热通量计算方法展开更为详细和深入的对比研究，进而发展一种更加稳定可靠的土壤热通量。

国内外研究现状

目前，国内外有很多对土壤热通量的研究，计算地表土壤热通量的方法有多种，如常用的温度积分法或结合实测土壤热通量的温度积分法、谐波法、经验法，以及同时考虑热扩散和热对流机制的方法等。2013年徐自为等获取土壤热通量主要分为观测和计算两大类。观测方法主要包括:实测土壤热通量和土壤热储存量的结合方法， TCAV 平均土壤热电偶方法。这 2 种方法本质上都是对土壤热流板观测值进行校正，即先计算土壤热流板之上的土壤热储存量，然后加上土壤热流板的观测值得到地表土壤热通量。(1)PlateCal 法（Liebethal et al.，2005）通过积分土壤中的储存热，并将其叠加到热通量板的观测结果上得到地表土壤热通量。(2) 在TDEC 法（阳坤和王介民，2008）中，将地表和土壤底层的观测温度作为一维热传导方程的上下边界条件求解土壤温度廓线，然后利用实测土壤温度资料对求解出的温度廓线进行校正，得到一个更合理的温度廓线，最后积分土壤温湿廓线得到地表土壤热通量。(3) 谐波法（Heusinkveld et al.，2004）是将一维热传导方程公式的基础上（2）代入公式（1）从而得到一个关于土壤温度的方程，将其上边界条件取为傅里叶级数的形式并计算土壤温度的解析解，把土壤温度的解析解代入公式（2）即得到土壤热通量的计算式。(4) 热传导对流法（Gao，2005）是考虑到一维热传导方程虽然描述了土壤中的分子热传导过程，但土壤中的水分运动造成的热量传输也不可忽视（Gao et al.，2003），因而该方法耦合了土壤中的热传导和热对流过程。(5) 振幅法和相位法（Bhumralkar，1975）与谐波法类似，但求解土壤温度方程时的上边界条件是正弦函数的形式，且这两种方法分别根据土壤温度的振幅和相位计算土壤热扩散率κ （κ = λ /ρscs ，单位：m2 s1）。Gao等(2002,2003)指出土壤温度的日变化不仅受土壤热传导作用的影响，还与土壤中液态水热对流作用有关，给出了耦合热传导和热对流的一维热传导对流方程，并利用一阶谐波模型推导出了热传导对流方程的解析解和土壤热扩散率的计算公式。（6）Gao等(2005,2008,2009)利用青藏高原和黄土高原等地的土壤温度资料，验证了热传导对流法的可靠性，并与传统的热传导方法做了对比，认为新的热传导对流方程能更好地描述土壤中的热传输物理过程。

2. 研究的基本内容

本课题主要研究的内容是了解南京周围不同地区的下垫面温度的影响因子，以及这些影响因子在不同地区的变化情况，进行比较南京不同地区下垫面热通量的估算方法比较。

1 下垫面热通量的影响因子

（1）土壤热通量的大小取决于土壤导热率和土壤温度梯度，土壤导热率是由温度梯度决定的热力密度的系数，是受土壤水分、地表温度、土壤质地、体积质量、土壤孔隙度、有机质含量等因素的影响。各地方土壤类型差异较大，土壤质地也各不相同，对土壤导热率影响较大。土壤热通量qs与土壤温度垂直梯度成正比，其比例系数λ即所谓导热率(导热系数)成正比。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1）收集资料，2015年11月15日—2015年12月15日

（2）开题报告整理编写2015年12月16日—2016年1月10日；

（3）明确论文的任务，搜集资料：2016年2月5日～2016年3月20日；

4. 参考文献

[1] 徐自为, 刘绍民, 徐同仁, 等. 不同土壤热通量测算方法的比较及其对地表能量平衡闭合影响的研究［j］.地球科学进展，2013，28(8):875- 889．

[2] 缪育聪， 刘树华， 吕世华等． 土壤热扩散率及其温度、 热通量计算方法的比较研究． 地球物理学报,2012,55(2):441-451,doi:10.6038/j

.issn.0001-5733.2012.02.008．