[发明专利]一种土壤温度时间序列的处理方法

说明书

本发明公开了一种一种土壤温度时间序列的处理方法，包括:利用傅里叶变化后的复数形式数据，计算温度波动的周期、振幅、相位数据，并将大气温度的季节变化和日变化合成为傅里叶级数形式；假设土壤是均一的，并且深部的热量传递方式以传导为主，通过一维热传导方程推导出任意深度受到气温变化影响的土壤温度时间序列；本发明能实现对土壤温度时间序列的快速处理，从而获得精度较高的土壤热扩散系数来校正气温变化对土壤温度的影响。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别是一种土壤温度时间序列的处理方法。

背景技术

地热能作为一种零碳、清洁能源，其开发利用对于碳中和具有重要价值。其作为非化石能源的重要资源之一，具有储量大、分布广、稳定性好等特点，且不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，开发利用前景广阔，作为非化石能源的后起之秀之一，正在展现出强大的发展潜力(马冰等，2021；梁圣建等，2018；田廷山等，2006；朱家玲，2003)。

通过获得土壤温度数据结合散热量之间的统计关系(Benseman，1959)可用于评价地热田热量关系，目前利用土壤温度时序数据的方法也被广泛用于地热区的散热量研究中(Sorey and Colvard，1994；Fridriksson et al.，2006；Rissmann et al.，2012；Wang etal.,2019)。基于土壤温度的热通量测量是评估地热潜力的一种经济而适用的方法(Dawson，1964；Sorey et al.，1994)，土壤温度不仅在地表过程中充当重要的因素，在能量平衡应用中也发挥着关键的作用，包括土地表面建模、数值天气预报和气候预测(T.R.H.Holmes et al.，2008)。

热导系数、热扩散系数和体积热容是三个重要的土壤热特性。(P.A.Domenico etal.,1998)。这些热力学特性是模拟土壤温度的基本参数，考虑到土壤的热导系数和考虑到土壤热导系数和热扩散系数与土壤体积热容有关，只需要确定土壤热导系数或热扩散系数即可。而热扩散系数通常是估计的因为土壤热扩散系数描述的是热传导的瞬时过程(胡国杰等，2016)。温度和热通量土壤的热特性决定着由地表面传递到土壤中的热通量和储存于土壤中的热量的多少，土壤热扩散系数是一个状态参数，通过土壤热扩散系数不仅可以了解土壤热性质，还可以模拟土壤温度和热通量(刘树华等，1991)。早在二十世纪，Horton etal.(1983)就提出了在同一土壤条件下，可由近地面土壤温度观测值模拟土壤热通量的方法来确定土壤热扩散系数。刘树华等(1991)在四种不同土壤条件下，分别用不同的方法计算了其土壤热扩散系数，在不同土壤深度下模拟的土壤温度及地表热通量值的日变化廓线与实测值对比，寻找到了高精度的计算土壤热扩散系数方法。然而，对于土壤温度方法在地热勘探中的应用，最大的问题在于气温变化对于地温梯度、土壤物性的影响，从而限制了该方法的发展(LeSchack et al.，1983)。Hurwitz et al.(2012)通过对土壤不同深度的温度进行了为期6周的监测，用来校正地温梯度；Coolbaugh et al.(2014)通过多次测量不同深度的温度，拟合了温度-时间曲线来校正地温梯度；Wang et al.(2019)通过长期温度监测(超过1年)消除了季节变化对地温梯度的影响，让该方法获得了极大进步。