利用长期地温监测数据研究土壤浅层热扩散率的变化

摘要

本文以西安交通大学地热与环境监测台站浅层土壤温度数据为基础，研究不同地表环境中土壤热扩散率随时问的变化。西安交通大学地热与环境监测台站以研究地-气热相互作用为主要目的，由一个地面标准气象站、一个510m深科学观测钻孔、两个楼顶微型气象站和四组多层土壤温度湿度监测系统组成。其中1号和4号多层土壤温湿度测点位于草坪，2号和3号测点分别位于水泥过道下和树下。对四个测点2012/7/12-2013/12/14深度为O.O5m, O.lm, 0.2m的逐小时平均地温时间序列进行了一阶傅里叶分析，选用傅里叶拟合度大于0.9的时间序列提取日振幅和相位信息。再分别对提取的振幅对数与深度和相位与深度进行线性拟合，选用拟合度大于0.9的线性关系提取斜率信息，进而计算土壤热扩散率。总的来看，采用振幅变化分析方法得到的热扩散率数据比采用相位法得到的数据稳定性更高。四个测点平均值分别为0.462、0.577、0.503和0.554×10-6m2.s-1，位于草坪的1号测点热扩散率最小，而位于水泥路下的2号测点最高。整合4个站点的月平均值可以看出，土壤热扩散率存在明显的季节性变化，变化幅度大于50%,春夏季高，秋冬季低，可能与降雨量和土壤湿度有关。