مطالعه تطبیقی قابلیت انتشار حرارتی خاک در دو حالت دماهای بالای صفر و زیرصفر تحت شرایط رطوبتی مختلف*

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادگروه مهندسی آبیاری و آبادانی ، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی ،پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشجوی دکترای هواشناسی کشاورزی دانشگاه تهران

3 استادیار موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

قابلیت انتشار حرارتی خاک (α) یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های حرارتی آن است که در علوم کشاورزی، مهندسی و خرد اقلیم شناسی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. حالت آب در خاک به لحاظ وقوع یخبندان یا عدم وقوع آن، جزء اثرگذارترین عوامل روی تغییرات α در خاک به حساب می‌آید. بر این اساس در این تحقیق به بررسی تغییرات α تحت شرایط متغیر رطوبت در دو حالت دماهای بالای صفر و زیرصفر در یک خاک با بافت ماسه‌ای پرداخته شد و روند تغییرات α در دو حالت فوق مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. برای برآورد α از حل عددی معادله انتشار حرارت در خاک به روش کرانک- نیکلسون بهره گرفته شد. برای سنجش مقادیر خطا و قضاوت در مورد میزان تطابق مقادیر محاسباتی و مقادیر مشاهداتی، از معیار جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) استفاده شد. اعمال دماهای بالای صفر و زیرصفر به سطح خاک توسط یک سیستم گرمایش-تبرید که قابلیت ایجاد حرارت در محدوده دمایی 15+ الی 18- درجه سلسیوس را داشت به انجام رسید. جمع آوری داده‌های مورد نیاز معادله انتشار حرارت در خاک، به کمک هفت حسگر دمایی که در اعماق مختلف خاک کار گذاشته شدند، صورت گرفت. نتایج بدست آمده حاکی از کم بودن مقادیر RMSE در هر دو حالت دماهای بالای صفر و زیرصفر و عملکرد مطلوب مدل بود. در هر دو حالت دماهای بالای صفر و زیرصفر، با افزایش رطوبت به خاک تا حد رطوبتی 10%، قابلیت انتشار حرارتی خاک روند افزایشی و سپس روند کاهشی از خود نشان داد. برای کلیه درصدهای رطوبتی مقدار α در حالت دماهای زیرصفر نسبت به حالت بالای صفر مقادیر بیشتری را به خود اختصاص داد که این امر به بالا بودن قابلیت انتشار حرارتی یخ نسبت به آب مایع نسبت داده شد.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reduction of wind power due to long term variation of wind speed In Esfehan province

نویسندگان [English]

  • ali khalili 1
  • hasan rahimi 1
  • unes khoshkho 2
  • parviz irannezhad 3
چکیده [English]

Aiming to evaluate the wind power changes in Esfehan Province, wind speed variability of Esfehan and Kashan synoptic stations which have more than 40 years records, have been studied. Observation data on wind speed and wind direction in Esfehan station for period 2005-1961 and in Kashan station for 2005-1966 periods have been analyzed. Linear trend of annual mean wind speed for long term period with rate of 0.29 and 0.1 m/s per decade, for Esfehan and Kashan stations respectively, is assessed acceptable at the significant level of 0.05. By using Kruskal-Wallis statistical test, significance jump in decadal means of those time series has been issued. Comparing of mean wind speed for each of 12 months of the year and also different times of a day in two periods (long-term and 1992-2005), has shown a significant reduction of wind speed and thus the amount of energy for the long-term stations above. Changes in the distribution of wind speed and wind direction in terms of different time scales, also has been issued. For example, it can be pointed to reduction of wind speed in eastern South West (90 to 240 degrees) respect to the other directions and reduction of wind speed between 00:30 P.M. and 00:30 A.M. respect to other times of day in Esfehan

کلیدواژه‌ها [English]

  • wind speed
  • wind power
  • wind speed distribution
  • long term variations

 

1. Asrar, G. and E. T., Kanemasu, 1983, Estimating Thermal Diffusivity near the Soil Surface Using Laplace Transform: Uniform Initial Conditions, Soil. Sci. Soc. Am. J. Vol. 47, 397-401.

2. Bachmann, J., R., Horton, T., Ren and R., van der Ploeg, 2001, Comparison of the Thermal Properties of Four Wettable and Four Water-repellent Soils, Soil Sci. Soc. Am. J. 65:1675-1679.

3. De Vries, D. A., 1975, Heat Transfer in Soils, In "Heat and Mass Transfer in the Biospher", pp. 5-28, Scripta Book Co., Washington, D.C.

4. Gerald, Curtis, F. and O., Patrick, Wheatley, 1989, Applied Numerical Analysis. Publisher: Addison-Wesley.

5. Hillel, D., 1980, Fundamental of Soil Physics, Academic Press, INC. PP. 287-317.

6. Horton, R., P.J., Wierenga and D.R., Nielsen, 1983, Evalution of Methods for Determining the Apparent Thermal Diffusivity of Soil Near the Surface, Soil Sci. Am. J. 47:25-32.

7. Lipiec, J., B., Usowicz, A., Ferrero, 2007, Impact of Soil Compaction and Wetness on Thermal Properties of Sloping Vineyard Soil, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50:3837-3847.

8. Nerpin, S. V. and A. F., Chudnovskii, 1967, Physics of the Soil, Keter Press, Jerusalem.

9. Rogerio, C., Elimoel, A., Elias and Quirijn de Jong van Lier, 2004, Testing a Finite-difference Model for Soil Heat Transfer by Comparing Numerical and Analytical Solutions, Environmental Modelling & Software 19: 495–506.

10. Van Wijk, W. R., 1963, Physics of Plant Environment, North Holland Publishing Co., Amsterdam.

11. Wierenga, P. J., D. R., Nielsen, R.M., Hagan, 1969, Therma Properties of a Soil Based upon Field and Laboratory Measurements, Soil. Sci. Soc. Am. Proc. Vol. 33, 354-360.

12. Zhang, T. T. E., Osterkamp, 1995, Considerations in Determining Thermal Diffusivity from Temperature Time Series Using Finite Difference Methods, Cold Regions Science and Technology, 23: 333-341.