Моделирование теплового режима почвы по амплитуде температуры приземного воздуха

Земледелие, 2017, № 7

УДК: 631.436

Е.В. ШЕИН, доктор биологических наук, профессор (e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
А.Г.БОЛОТОВ, доктор биологических наук, профессор
М.А. МАЗИРОВ, доктор биологических наук, зав. кафедрой
А.И. МАРТЫНОВ, аспирант

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы, 1, Москва, 119991, Российская Федерация; Почвенный институт имени В.В. Докучаева, Пыжевский пер., 7, Москва, 103075, Российская Федерация; Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация

Предложен новый метод задания верх- него граничного условия при прогнозных расчетах температуры почвы на различных глубинах. Он основан на измерении гармо- нических суточных колебаний температуры приземного слоя воздуха и включает ис- пользование их амплитуд, а также основной теплофизической характеристики почвы в виде зависимости температуропроводности от влажности. Экспериментальную проверку предложенного метода проводили в июле – августе 2016 г. в полевом эксперименте с монолитом агродерново-подзолистой почвы диаметром 100 см и глубиной 60 см. Температуру почвы по профилю измеряли через 10 см с шагом по времени 15 мин. Моделирование температурного режима почв осуществляли с использованием про- гнозной модели Hydrus-1D. При поливари- антных расчетах с увеличением задаваемой амплитуды температуры поверхности почвы с 5 до 15 °C с шагом 5 °C, погрешность ее расчета возрастала, особенно в верхнем 20 см слое. Начиная с глубины 10 см, погреш- ность расчета суточной температуры почвы не зависела от выбора амплитуды колебаний температуры ее поверхности. Величины погрешности расчета температуры почвы, начиная с глубины 40 см, практически не за- висели от выбора граничных условий, так как суточная амплитуда температуры почвы на этой глубине близка к нулю. При прогнозных расчетах температуры почвы на определен- ной глубине целесообразно использовать 27 Земледелие №7 2017 минимальные и максимальные значения температур воздуха равноотстоящих от рас- четного региона ближайших метеостанций, что дает наименьшую ошибку в прогнозе температуры на определенной глубине.

Ключевые слова: почва, температура на определенной глубине, моделирование, граничные условия, перенос тепла.

Для цитирования: Моделирование теплового режима почвы по амплитуде тем- пературы приземного воздуха / Е.В. Шеин, А.Г. Болотов, М.А. Мазиров, А.И. Мартынов // Земледелие. 2017. № 7. С. 26-28.

 

Modeling of Soil Thermal Conditions According to the Amplitude of the Temperature of Surface Air

E.V. Shein, A.G. Bolotov, M.A. Mazirov, A.I. Martynov 

Lomonosov Moscow State University, Leninskie gory, 1, Moskva, 119991, Russian Federation; V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Pyzhevskii per. 7, Moskva, 119017, Russian Federation;  Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation

A new method is proposed for setting the upper boundary condition for predictive calculations of soil temperature at different depths. It is based on the measurement of harmonic daily variations of the temperature of the surface air layer and involves the use of their amplitudes, as well as the basic thermophysical characteristic of the soil in the form of the dependence of the thermal diffusivity on soil moisture. An experimental verification of the proposed method was carried out in July-August 2016 in a field experiment with a monolith of agro-sod-podzolic soil with a diameter of 100 cm and a depth of 60 cm. The soil temperature along the profile was measured at every 10 cm with a time step of 15 minutes. Modeling of the temperature regime of soils was carried out using the predictive model Hydrus-1D. In the case of multivariate calculations with an increase in the defined amplitude of soil surface temperature from 5 to 15 Celsius degrees with the step of 5 Celsius degrees, the error in its calculation increased, especially in the upper 20-centimeter layer. Starting from a depth of 10 cm, the error in calculating the daily soil temperature did not depend on the choice of the amplitude of the soil surface temperature fluctuations. The error in the calculations of the soil temperature, starting from a depth of 40 cm, was practically independent of the choice of boundary conditions, since the daily amplitude of soil temperature at this depth was close to zero. When predicting the soil temperature at a certain depth, it is advisable to use the minimum and maximum air temperature values of the nearest meteorological stations, equidistant from the calculated region, which gives the smallest error in the prediction of temperature at a certain depth of the soil.

Keywords: soil, temperature at a certain depth, modeling, boundary conditions, heat transfer.

Author Details: E.V. Shein, D. Sc. (Biol.), prof. (e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.); A.G. Bolotov, D. Sc. (Biol.), prof.; M.A. Mazirov, D. Sc. (Biol.), head of department; A.I. Martynov, post graduate student.

For citation: Shein E.V., Bolotov A.G., Mazirov M.A., Martynov A.I. Modeling of Soil Thermal Conditions According to the Amplitude of the Temperature of Surface Air. Zemledelie. 2017. No. 7. Pp. 26-28 (in Russ.).