[发明专利]一种土壤温度预测的改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于一维热传导模型的土壤温度预测的方法，特别是一种土壤温度预测方法。 

背景技术

准确的预测土壤温度信息对研究环境过程、元素地球化学循环、土壤理化性质演变，调整农业生产、指导工程施工等方面都具有重要的应用价值。 

目前，大多数的土壤温度预测方法都是基于一维热传导模型，并设定土壤温度为正弦函数变化规律；以及无限深度处土壤温度等于平均土壤温度两种假设条件下，得到了一个初始的土壤温度预测方法，如式1： 

           （式1）

尽管该方法得到了较为广泛的应用，但是仍存在一些不足之处，导致其预测结果出现较大的偏差。其主要表现为： 初始方法中土壤日温度变化是以24小时为周期的对称型，而实际的温度变化则是经常受辐射、风速、降雨等因素影响呈现出非对称型； 该方法在用于连续多天的温度预测时，将出现预测的温度值跳跃，即脱离实际的非连续性变化； 初始方法简单采用大气平均温度替代土壤平均温度导致了预测结果产生明显偏差； 该方法未考虑降雨引起的土壤含水率变化对土壤温度的影响，导致预测的降雨期间土壤温度振幅与实测结果有明显差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测参数较少且容易获取、操作方便、预测精度较高的土壤温度预测方法。 

为实现上述目的，本发明的土壤温度预测方法： 

a. 利用预测当天地表气温的最大值与气温的最小值出现时刻（t_max，t_min)，以及前一天的气温最大值时刻（t_max-1)与后一天的气温最小值时刻（t_min+1)，将预测当天的温度变化过程分为三个时间段：零点至最小温度时刻（00:00 , t_min）,最小温度时刻至最大温度时刻 ( t_min , t_max), 最大温度时刻至夜里24点( t_max , 24:00)。每一段的周期相应为2(24+t_min-t_max-1)、2(t_max - t_min)、2(24+t_min+1-t_max)；

b. 综合考虑相邻时段(t_min , t_max)与(t_max, t_min+1)的土壤温度滞后影响，将当前预测时间段与其前后相邻时间段的气温最大值和最小值用于土壤温度平均值计算，从而将土壤温度曲线由非连续跳跃变化转换为连续变化；

所述的土壤温度平均计算，当预测时段为最大值时段（t_min ）和最小值时段(t_max)时，土壤温度平均值为，其中T_smean0为当前预测的前一时段(t_max, t_min+1)的土壤平均温度值；当预测时段为(t_max, t_min+1)，土壤温度平均值为，其中T_smean1为预测前一时段( t_min , t_max)的土壤温度平均值；初始土壤温度平均值（T_smean0）可取预测时段的平均气温值或实测的土壤温度平均值，并迭代计算此后各个预测时间段的土壤温度平均（T_smean）值；

c. 当出现降雨天气时，考虑土壤水分显著变化对气温振幅（A_A）与土壤温度振幅（A_s）的影响，调整土壤温度振幅，提高降雨状况土壤温度预测的精度；

土壤温度振幅（A_s）调整为A_s×C, 其中 ，其中，为实际观测的土壤含水率、为降雨后较高的土壤含水率、为一般干燥环境的土壤含水率；无降雨地表干燥时，C直接取值为1。

d. 组合以上方法，土壤温度预测值；预测任意深度（z）与任意时刻（t）的土壤温度值（）。