[发明专利]一种雪被-土壤连续体水热耦合计算模拟方法

权利要求书

1.一种雪被-土壤连续体水热耦合计算模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据气温计算雪被密度，根据雪被密度计算雪被的厚度；

S2、根据气温和雪被厚度计算雪被的热容量和导热系数；

S3、当雪被厚度超过设置的阈值时，认为雪被存在，进入步骤S4，并计算雪被与大气的热通量；当雪被厚度未超过设置的阈值时，则雪被不存在，进入步骤S5；

S4、根据步骤S3中得到的大气和雪被的热通量，将积雪作为雪被-土壤连续体的一层加入迭代计算，并通过计算得到各层之间的水热通量；

S5、采用土壤层作为第一层加入迭代计算，并通过计算得到各层之间的水热通量；

步骤S4中计算土壤与雪被间的热通量的公式为：

其中Z_cx是土壤下垫面表层厚，单位是m,λ_s是雪被层热传导率，单位是W/(m·k),λ_x是土壤层热传导率，R_c是土壤层与冰雪层的接触热阻，单位是(m²·k)/W,T_cx是下垫面表层温度，即冰雪与土壤接触面下Z_cx/2处的温度。

2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤S1中的雪被密度的计算公式为：

其中ρ_new为新雪密度，单位是kg/m³，T_a为气温，单位是℃。

3.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤S2中雪被的热容量计算公式为：

cⁿ＝2.09×10³ρⁿ，

雪被的导热系数计算公式为：

其中，式中，ρ_new为新雪密度，单位是kg/m³，T_a为气温，单位是℃，Dⁿ为积雪的导热系数，单位是W/(m·℃)，ρⁿ为积雪密度，单位是kg/m³，Cⁿ为积雪的体积热容量，单位是J/(m³·℃)。

4.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤S3中设定的雪被厚度阈值为5cm。

5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，步骤S3中采用强迫恢复法计算雪被与大气的热通量。

6.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述强迫恢复法具体包括以下步骤：

假设在计算的单位时间内地表对土壤和雪被的影响深度为d，影响深度由下式计算：

在单位时间内，大气与土壤、大气与雪被之间的热通量计算公式为：

G＝ch*d*(t₂-t₁)

式中，ch为土壤或雪被的体积热容量，kh为土壤或雪被的导热系数，G为土壤或雪被与大气间的热通量，t₂为土壤或雪被影响深度底部的温度，t₁为大气温度，d为地表对土壤或雪被的影响深度。

7.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤S4中，热通量计算原理参照一维土壤水热运移方程。