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不同深度土壤温度变化观测试验
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喀斯特森林的土壤温度变化规律巴丹吉林沙漠腹地土壤温度观测及其变化特征--《兰州大学》2013年硕士论文
巴丹吉林沙漠腹地土壤温度观测及其变化特征
【摘要】：在全球气候变化中,沙漠以其敏感的下垫面性质首先得到响应,并且在相应的过程中又以其特殊环境的反馈作用影响气候系统,研究沙漠气候系统中的地-气交换对于脆弱的沙漠生态系统有着极其重要的意义。已有研究表明,沙漠近地层能量平衡闭合中土壤热储尤其是土壤温度的作用不容忽视。观测研究巴丹吉林沙漠土壤温度的变化,不仅可为沙漠地区土壤温度变化研究提供新的证据,同时对探讨沙漠地-气系统的能量平衡研究亦可提供数据支持。本文通过对巴丹吉林沙漠腹地(巴丹吉林庙)土壤温度的定位观测研究,并对2011年的土壤温度观测数据和气象观测数据进行分析,探讨该区域土壤温度的变化特征。主要研究结果和初步结论如下：
(1)巴丹吉林庙土壤月平均温度变化近似趋于正弦曲线,10cm～180cm不同深度的土壤月平均温度均在8月达到最高值,而最低值出现的时间在不同深度的土壤中有一定差异。其中,60cm以上深度的土壤月平均温度的最低值出现在1月；60cm以下深度的土壤月平均温度的最低值出现时间为2月,存在明显的滞后现象。不同深度的土壤月平均温度的显著变化时间,主要集中在3月和9月末、10月初这一季节转换时期。随着深度的增加,土壤温度的年较差逐渐减小；10cm-40cm土壤月均最高温变化剧烈,整个年周期内大致呈正弦曲线变化,夏季期间达到最高值,即正弦曲线的波峰区域,冬季期间降至最低值,即正弦曲线的波谷区域,土壤月均最低温的变化亦有此规律。随着土壤深度的增加,月均最高值与月均最低值的温差愈来愈小；土壤温度日变化曲线变化幅度随着土壤深度的增加逐渐减小,其中40cm以上土壤温度日变化最大,10cm、20cm深度土壤温度日最大值出现在晚间左右,最小值出现在中午左右,20cm深度土壤日均温度最值出现时间滞后于10cm处约2个小时左右。随着深度的增加,土壤温度的日较差逐渐减小。日均最高温与日均最低温的变化规律与月均最高温、月均最低温的变化规律基本一致。
(2)分析日(降水量11.52mm)和8月17日(降水量16.99mm)降水过程前后的土壤温度变化发现,1Ocm、20cm处日土壤最高温度与最低温度均出现滞后现象。10cm土层对降水响应最为显著,土壤温度随着降水量的增多显著降低,变化曲线由正弦曲线变为不规则。其次为20cm和40cm土层,土壤温度也呈下降趋势,但下降幅度小于10cm深度,40cm以下几乎没有发生变化。使用Morlet复小波变换对2011年7月到9月的日土壤温度进行分析发现,夏季降水前后10cm处土壤温度存在着40到64天、20到35天的两类尺度的周期变化规律。其中在20到35天尺度上存在着高温-低温交替的准4次震荡。40到62天的时间尺度模值最大,时间尺度周期变化最为明显。
(3)通过偏相关分析发现,气温、降水量、相对湿度、最大风速、平均风速、日照时数和短波辐射都对土壤温度有影响。其中相对湿度与土壤温度存在负相关关系,其他因子与土壤温度存在正相关关系,气温与土壤温度相关性最高,短波辐射、最大风速、日照时数次之。随着土壤深度的增加,气温、短波辐射、日照时数、相对湿度、最大风速、平均风速的与土壤温度的相关性逐渐降低,而降水量与土壤温度的相关性变化不大。
(4)分别采用最小二乘回归、主成分回归和偏最小二乘回归模型,对巴丹吉林庙土壤温度进行了模拟。结果发现,最小二乘回归与主成分回归建立的模型其模拟值与实测值之间的误差最大,模拟精度较低,偏最小二乘回归模型得到的模拟精度高于最小二乘回归与主成分回归模型。因此,采用最小二乘回归模型进行巴丹吉林沙漠腹地巴丹吉林庙土壤温度的模拟效果比较好。
【关键词】：
【学位授予单位】：兰州大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：S152.8【目录】：
中文摘要4-6Abstract6-11第一章 概述11-18 1.1 选题依据及意义11-13 1.2 国内外研究进展13-16
1.2.1 国外土壤温度研究进展13-14
1.2.2 我国土壤温度研究进展14-15
1.2.3 我国沙漠土壤温度研究进展15-16 1.3 研究内容与技术路线16-18
1.3.1 研究内容16
1.3.2 技术路线16-18第二章 研究区概况18-25 2.1 地理位置18 2.2 地质地貌18-20 2.3 气候条件20-21 2.4 土壤与植被21-22 2.5 研究区域实验仪器简介22-25第三章 巴丹吉林沙漠腹地土壤温度变化特征分析25-37 3.1 时间尺度分析25-29
3.1.1 月变化25-27
3.1.2 日变化27-29 3.2 空间尺度分析29-30 3.3 夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析30-35
3.3.1 不同天气条件下土壤温度的变化30-31
3.3.2 夏季一次降水前后土壤温度变化的周期性31-35 3.4 本章小结35-37第四章 土壤温度影响因素分析及模型模拟37-47 4.1 土壤温度影响因素分析37-40 4.2 基于最小二乘估计的回归模型模拟40-41
4.2.1 最小二乘估计40-41 4.3 主成分回归分析41-43 4.4 偏最小二乘回归模型模拟43-46
4.4.1 偏最小二乘回归模型基本原理43-46 4.5 本章小结46-47第五章 结论与展望47-50 5.1 结论47-48 5.2 创新点48 5.3 存在不足与研究展望48-50参考文献50-54在学期间的研究成果54-55致谢55
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