东北农田区积雪对土壤水热的影响研究

发布时间：2020-10-11 22:21

　　 积雪对土壤水热影响的研究具有十分重要的意义,可为农业生产、农业灌溉、水资源调节等提供科学指导,为春季土壤墒情的监测和预报提供理论依据。积雪的保温作用对下垫面土壤的温湿度变化和能量平衡具有重要影响;积雪作为陆地上重要的淡水资源,融化后产生大量水分,能够改变土壤的水文状况,春季土壤湿度也与冬季积雪参数密切相关。本文利用物理过程模型和遥感监测,采用模型模拟和利用遥感数据两种方法开展积雪对土壤温湿度的影响研究。积雪和土壤湿度的微波遥感反演以全天候、全天时以及大范围等优势,被广泛应用。对于地表以下冻土温度,由于冬季雪盖的影响,目前遥感方法却无法探测和获取,而基于积雪热力模型(SNTHERM)的物理过程模型方法则可精准的预测和模拟下垫面土壤温度的变化过程,适合积雪对土壤温度的影响机理研究。本文主要内容分为两个部分,第一部分为基于物理过程模型的方法研究积雪对冻土温度的影响。首先对物理过程模型进行了敏感性分析和精度评价,发现模型对于土壤温度的模拟精度较高,但对于土壤湿度,尤其是春季土壤湿度的模拟效果欠佳。因此,应用模型探究了积雪参数对下垫面冻土温度的影响。第二部分为基于遥感数据产品,采用GIS地学统计方法,分析东北农田区冬季积雪参数(最大雪深、平均雪深、积雪日数)对春季土壤湿度的影响,构建积雪参数与春季土壤湿度之间的回归方程。本文的主要结论如下:(1)SNTHERM模型的气象驱动数据的敏感性分析结果表明,土壤温湿度对大气温度和长波辐射通量最敏感,初始土壤特征参数的敏感性分析表明,土壤温度对初始输入的土壤特性参数并不敏感(RMSE1℃),土壤湿度对土壤的塑性指数最敏感,因此准确获取气象驱动数据中的大气温度和长波辐射通量,以及土壤的塑性指数,可提高模型模拟精度;(2)积雪覆盖条件下,SNTHERM能够有效的模拟和预测冻土温度。SNTHERM浅层土壤(5cm、10cm、15cm)模拟精度优于深层土壤(20cm、40m),在积雪覆盖条件下,浅层土壤的均方根误差均在2℃之内,结果表明SNTHERM可用来进行雪盖下浅层冻土温度的模拟,为冻土温度的反演提供了新的思路;(3)积雪覆盖对下垫面浅层土壤的温度变化影响显著,对下垫面土壤湿度的影响并不明显,主要是由于冻土在冻结期,液态水较低,液态水迁移量很小。土壤温度的变化与积雪覆盖厚度具有一定的关系,当积雪厚度达到10cm以上时,下垫面土壤温度的变化显著,积雪越厚,积雪保温的效果越好;(4)1980-2009年冬季积雪参数与春季土壤湿度的相关性分析结果表明,东北农田区冬季年际积雪参数与春季土壤湿度(4、5月份)呈现显著正相关(置信度0.05),显著象元个数占象元总数45%以上,对4月份土壤湿度影响强度大于5月份。最大雪深与土壤湿度的拟合效果好于平均雪深、积雪日数与土壤湿度的拟合效果,12月份最大雪深与土壤湿度的拟合效果好于其它月份的积雪参数,结果表明,最大雪深可作为春季土壤墒情预报的重要积雪参数。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S152;P426.635
【部分图文】：

8图 1.1 技术路线图1.3.3 论文框架本论文一共分为五章，论文框架为：第一章为绪论。主要论述了本论文的研究背景及研究意义，总结了国内外关于积雪水热效应、积雪物理过程模型、积雪年际变化的研究现状、研究方法和研究进展，并阐述了本论文的研究内容和技术路线。第二章为研究区与数据。主要介绍了东北地区的概况，包括研究区的地理位置、气候、土地利用类型等信息，以及野外实验布设方案，积雪和土壤参数的测量方法。并且介绍了论文中所使用的数据集，包括数据集的精度和基本信息。第三章为东北农田区积雪对土壤温度的影响。本章首先从模型的输入输出、

介绍地区介绍区包括黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古东部地区，位于，地形复杂多样，全区海拔高度范围从-263m-2586m，平西部、北部和东部分别为大兴安岭、小兴安岭和长白山脉原和辽河平原，是我国农业、林业和畜牧业的重要基地体为东经 115.51°-135.78°，北纬 38.72°-53.56°，04km2，地域广阔，约占我国总面积的 12.9%[42]。东北地区，属于温带大陆性季风气候，四季分明、季风显著，雨热和多雨而短暂，冬季寒冷干燥而漫长。气象资料显示 19地区年平均气温为 5℃，1 月平均最低气温在-30℃以下m。地表覆盖类型多样，农田和森林是东北地区主要地区类

食作物的春季种植和农业灌溉具有重要的生产价值。因此，本为一个案例，研究季节性积雪对土壤温湿度的影响具有重要意北地区土地覆盖类型分布图上可知，东北地区旱地主要集中分江平原、东辽平原和松嫩平原），在黑龙江西北部、吉林省中分布密集，东北地区旱地面积约为 4.17 105km2，占东北地区。东北水田种植区的土壤湿度受人工灌溉等因素影响严重，因此研究区。在探究空间大尺度上积雪对春季土壤湿度的影响时，对研究结果带来的干扰，减少误差来源，保证结果的准确性， 分辨率的土地利用分类图作为研究区掩膜文件，裁剪 25km ，定义研究像元（25km 25km）内包含土地类型为旱地的像元旱地像元。最终提取了 314 个（25km 25km）像元（图 2.2）春季土壤湿度的影响的研究区。
【参考文献】

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本文编号：2837202