冻土对气候变化的响应及基于POD方法的降维外推算法研究
发布时间：2021-05-28 14:00
冻土是冰冻圈的重要组成部分,不仅分布广泛,而且在相变过程中对于水分、能量传输过程影响重大,是陆面生态系统中极其重要、不可忽视的下垫面。土壤冻结/融化界面位置的移动影响陆地生态碳循环过程以及局部甚至全球气候变化,同时由于其对气候的敏感性,是气候变化的灵敏指示器。获取准确的冻结/融化深度信息对地表能量平衡、高寒生态、水文径流、寒区工程和温室气体排放等有重要作用。在实际工程计算中,使用数值解法是求解偏微分方程的有效途径。但是,数值解法求解方程的维数与区域剖分节点的数目是正相关的。为了得到足够的精度,定解区域需要更精细的划分,相应的计算量也会增大。这意味着在计算过程中将有巨大的计算量,同时需要计算机具有庞大的内存容量。研究如何在保证足够精度的前提下,降低计算的自由度、简化计算、节省计算时间和所需内存空间这一科学问题具有重要意义。针对以上科学问题,本研究发展了考虑冻融界面动态变化的冻土参数化方案,并将其与陆面过程模式CLM4.5耦合,进而利用新模型揭示冻土对全球气候变化的响应过程。同时,本研究运用POD方法构建降阶有限差分模型,由于使用模拟初始很短时段的数值结果构建POD基,再外推进行未来时段模...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国冻土类型空间分布图
华北电力大学博士学位论文的半经验方法。冻土学家通常都使用此方法来模。应用此方法的前提是，假设土壤水的相变潜热，从而考虑忽略土壤感热的影响。Stefan 方法的已经有很多人做出了努力[101-103]。Fox 曾提出一的Stefan公式[33]，Woo在此基础上考虑下伏土壤 Stefan 算法[35]。
图 3-2 考虑冻融界面的热扩散方程数值计算流程示意图Fig.3-2 Schematic diagram of Numerical simulation based on freeze and thaw algorithm fthermal diffusion model.1.1 多个土壤分层的冻融界面模拟首先，进行如下两组具有不同土壤参数的对照试验。两组试验的土壤组3-1。试验 1 的土壤是均匀同质的，整个土柱均由淤泥类型(Silt)土壤构成2 的土壤则分为两种不同的组成成分，下层是泥炭类型(Peat)土壤。与上类型土壤物理性质不同，具有较小土壤热导率和较高的土壤湿度。两组相同的地表温度 10surfT = ℃ 。初始的冻结界面均为 0fz =。时间步 =3 600s。暂时只考虑单方向向下的冻结过程图 3-3 给出了上述条件下，两组试验的模拟结果。如图 3-3a)所示，在试随着冻结时间的持续，冻结指数的增加，冻结深度的变化曲线光滑，且突变，没有出现数值上的拐点。如图 3-3b)所示，在试验 2 中，冻结深渐增加，在冻结界面到达上下层土壤分界线之前，由于外部的强迫条件相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Γ函数的祁连山葫芦沟流域湿季小时降水统计特征[J]. 王磊,陈仁升,宋耀选. 地球科学进展. 2016(08)
[2]利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析[J]. 何由,高晶,姚檀栋,丁永建,辛儒. 冰川冻土. 2015(02)
[3]冻结缘中未冻水迁移的微尺度研究[J]. 刘正明. 甘肃水利水电技术. 2014(02)
[4]全球变暖背景下新疆地区近45a来最大冻土深度变化及其突变分析[J]. 符传博,丹利,吴涧,魏荣庆. 冰川冻土. 2013(06)
[5]石羊河流域季节性冻土的时空分布及对气温变化的响应[J]. 杨晓玲,马中华,马玉山,王润元. 资源科学. 2013(10)
[6]A REDUCED-ORDER MFE FORMULATION BASED ON POD METHOD FOR PARABOLIC EQUATIONS[J]. 罗振东,李磊,孙萍. Acta Mathematica Scientia. 2013(05)
[7]季节性冻融土壤水热耦合迁移的数值模拟[J]. 李瑞平,史海滨,薛铸,丁峰. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2012(Z1)
[8]辽宁西部地区冻土深度特征变化[J]. 宗艳伟,宗英飞. 宁夏农林科技. 2013(03)
[9]基于COUPMODEL模型的冻融土壤水热耦合模拟研究[J]. 胡国杰,赵林,李韧,吴通华,肖瑶,焦克勤,乔永平,焦永亮. 地理科学. 2013(03)
[10]宁夏季节性最大冻土深度的分布和变化特征[J]. 冯瑞萍,张学艺,舒志亮,卓凤艳,张冰. 宁夏大学学报(自然科学版). 2012(03)
本文编号：3208185
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国冻土类型空间分布图
华北电力大学博士学位论文的半经验方法。冻土学家通常都使用此方法来模。应用此方法的前提是，假设土壤水的相变潜热，从而考虑忽略土壤感热的影响。Stefan 方法的已经有很多人做出了努力[101-103]。Fox 曾提出一的Stefan公式[33]，Woo在此基础上考虑下伏土壤 Stefan 算法[35]。
图 3-2 考虑冻融界面的热扩散方程数值计算流程示意图Fig.3-2 Schematic diagram of Numerical simulation based on freeze and thaw algorithm fthermal diffusion model.1.1 多个土壤分层的冻融界面模拟首先，进行如下两组具有不同土壤参数的对照试验。两组试验的土壤组3-1。试验 1 的土壤是均匀同质的，整个土柱均由淤泥类型(Silt)土壤构成2 的土壤则分为两种不同的组成成分，下层是泥炭类型(Peat)土壤。与上类型土壤物理性质不同，具有较小土壤热导率和较高的土壤湿度。两组相同的地表温度 10surfT = ℃ 。初始的冻结界面均为 0fz =。时间步 =3 600s。暂时只考虑单方向向下的冻结过程图 3-3 给出了上述条件下，两组试验的模拟结果。如图 3-3a)所示，在试随着冻结时间的持续，冻结指数的增加，冻结深度的变化曲线光滑，且突变，没有出现数值上的拐点。如图 3-3b)所示，在试验 2 中，冻结深渐增加，在冻结界面到达上下层土壤分界线之前，由于外部的强迫条件相
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Γ函数的祁连山葫芦沟流域湿季小时降水统计特征[J]. 王磊,陈仁升,宋耀选. 地球科学进展. 2016(08)
[2]利用不同插值方法对青藏高原降水稳定同位素空间分布分析[J]. 何由,高晶,姚檀栋,丁永建,辛儒. 冰川冻土. 2015(02)
[3]冻结缘中未冻水迁移的微尺度研究[J]. 刘正明. 甘肃水利水电技术. 2014(02)
[4]全球变暖背景下新疆地区近45a来最大冻土深度变化及其突变分析[J]. 符传博,丹利,吴涧,魏荣庆. 冰川冻土. 2013(06)
[5]石羊河流域季节性冻土的时空分布及对气温变化的响应[J]. 杨晓玲,马中华,马玉山,王润元. 资源科学. 2013(10)
[6]A REDUCED-ORDER MFE FORMULATION BASED ON POD METHOD FOR PARABOLIC EQUATIONS[J]. 罗振东,李磊,孙萍. Acta Mathematica Scientia. 2013(05)
[7]季节性冻融土壤水热耦合迁移的数值模拟[J]. 李瑞平,史海滨,薛铸,丁峰. 内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2012(Z1)
[8]辽宁西部地区冻土深度特征变化[J]. 宗艳伟,宗英飞. 宁夏农林科技. 2013(03)
[9]基于COUPMODEL模型的冻融土壤水热耦合模拟研究[J]. 胡国杰,赵林,李韧,吴通华,肖瑶,焦克勤,乔永平,焦永亮. 地理科学. 2013(03)
[10]宁夏季节性最大冻土深度的分布和变化特征[J]. 冯瑞萍,张学艺,舒志亮,卓凤艳,张冰. 宁夏大学学报(自然科学版). 2012(03)
本文编号：3208185
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