Магистерская диссертация на тему "ТЮМГУ | Моделирование теплового режима постпирогенных почв южной тундры западной сибири"

Работа на тему: Моделирование теплового режима постпирогенных почв южной тундры западной сибири
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НАУК О ЗЕМЛЕ
Кафедра геоэкологии и природопользования

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
магистерская диссертация
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОСТПИРОГЕННЫХ ПОЧВ ЮЖНОЙ ТУНДРЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

05.04.06 Экология и природопользование Магистерская программа «Геоэкология нефтегазодобывающих регионов»

Тюмень 2023 год

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУНДРОВЫХ ПОЧВ 6
ГЛАВА 2. ВИДЫ ТЕПЛООБМЕНА В ПОЧВЕ 7
ГЛАВА 3. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙТСВА ПОЧВ 10
ГЛАВА 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС 12
4.1. ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ 12
4.2. РАСТИТЕЛЬНОСТЬ 14
4.3. РЕЛЬЕФ 15
4.4. ГЛУБИНА ЗАЛЕГАНИЯ ВЕЧНРЙ МЕРЗЛОТЫ 17
ГЛАВА 5. МЕСТО ИЗМЕРЕНИЙ 18
ГЛАВА 6. ИЗМЕРЕНИЯ 20
6.1. ЛОГГЕРЫ КОМПАНИИ HOBO 20
6.2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ ПОЧВЫ НА ГОРЕЛОМ И КОНТРОЛЬНОМ УЧАСТКАХ 22
6.3. РАБОТА С ГАЗОАНАЛИЗАТОРАМИ 23
6.4. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЛИСТЬЕВ КУСТАРНИКА И ВЫЧИСЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА LAI 25
ГЛАВА 7. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ 26
7.1. ДОПУЩЕНИЯ 28
ГЛАВА 8. УРАВНЕНИЯ МОДЕЛИ 31
8.1. ДВИЖЕНИЕ ВЛАГИ В ПОЧВАХ 31
8.2. ЗАДАЧА СТЕФАНА О ПРОМЕРЗАНИИ ГРУНТА 34
8.3. УРАВНЕНИЕ ДЛЯ КУСТАРНИКОВОГО СЛОЯ 35
8.4. УРАВНЕНИЕ ДЛЯ СЛОЯ ЛИШАЙНИКОВОГО ПОКРОВА 37
8.4.1. Уравнение для переноса тепла 37
8.4.2. Уравнение переноса влаги 40
8.5. УРАВНЕНИЯ ДЛЯ СЛОЯ ПОЧВЫ 41
8.5.1. Уравнение влагопереноса 41
9.5.2. Уравнение переноса тепла 42
ГЛАВА 9. РАЗНОСТНЫЕ СХЕМЫ 45
ГЛАВА 10. РЕЗУЛЬТАТЫ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 62

ВВЕДЕНИЕ
Все больше внимание общественности, правительств и научного сообщества приковано к проблеме глобального изменения климата. Одним из основных определяющих факторов его изменения является полярная амплификация, заключающаяся в том, что изменение температур происходит быстрее в полярных и высоких широтах. Связано это с зависимостью тепловых потоков от широты и с наличием вечной мерзлоты. Мерзлота является “аккумулятором холода”, поэтому ее исчезновение способствуют увеличению почвенных температур. К тому же при ее таянии в атмосферу в большом количестве выделяются парниковые газы, что может способствовать ускорению изменения климата. Таким образом, потепление климата ускоряет оттаивание вечномерзлых грунтов, а их оттаивание, в свою очередь, способствует потеплению климата – появляется положительная обратная связь. Потепление климата сказывается на частоте появления пожаров, в том числе и в северных территориях России с мерзлотными экосистемами. Пожары существенно сдвигают радиационный баланс в сторону поглощения солнечной радиации. Из-за крайне медленных темпов восстановления тундровой растительности и почв вследствие суровости климата любое изменение в радиационном балансе очень сильно влияют на дальнейшее состояние тундровых почв и мерзлоты. Для мониторинга состояния почв необходимо знать динамику распределения тепла и те параметры, которые наибольшим образом влияют на распределение тепла в почвах. Для этого необходима математическая модель, основанная на физических законах распределения тепла и влаги в почвах. Опираться данная модель должна на данные по состоянию почвенно-растительного покрова.
Цель исследования: создание модели динамики распределения тепла в тундровых почвах на основе анализа состояния почвенно-растительного покрова.

Задачи:
1. Оценить состояние почвенно-растительного покрова на фоновых и постпирогенных участках в тундре.
2. Выявление ключевых параметров, вносящих основной вклад в тепловой режим почв.
3. Создание математической модели распределения тепла в тундровых почвах.
Объект исследований: почвенно-растительный покров тундры Тазовского полуоствова.
Предмет исследований: анализ теплового режима почвенного покрова, определяющего мощность сезонно талого слоя.
Научная новизна: впервые для зоны тундр Западной Сибири проведен расчет и создана модель, позволяющая оценить тепловой режим почв.
Защищаемые положения:
1. Основной характеристикой растительного покрова, влияющей на тепловой режим в системе растительность - почва является коэффициент LAI (общая площадь листовых пластинок, приходящаяся на 1м2 почвы), проявляющиеся в изменении транспирации, альбедо и затенении поверхности.
2. Созданная модель позволяет эффективно описывать профиль температуры почв.
Практическая значимость: модель можно использовать для предсказания дальнейшего изменения температурного режима почв тундры и скорости оттаивания мерзлотного грунта на постпирогенных участках.

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУНДРОВЫХ ПОЧВ
Почвы тундры характеризуются весьма низкой пористостью, большой плотностью, слабой фильтрационной способностью.
Из-за низкого залегания многолетнемерзлых пород, препятствующих движению влаги вниз, а также вследствие слабой испаряемости, тундровые почвы являются переувлажненными.
Также эти почвы характеризуются малым содержанием гумуса, так как, из-за крайней суровости климата, поток биомассы в почву невелик и темпы минерализации и гумификации в почве крайне низкие. В итоге растительные остатки часто накапливаются на поверхности в виде тонкого торфянистого слоя.
Наличие многолетней мерзлоты обуславливает неопределенность почвенных горизонтов вследствие происходящих криогенных процессов. Периодическое оттаивание и промерзание грунтов способствует развитию процессов вспучивания, морозобойного трещинообразования, солифлюкции и др. почвенная толща многократно перемешивается. Почвенные горизонты неясно выражены, перемешаны, изогнуты, разорваны, с нарушениями целостности почвенного профиля.
В профиле тундровых почв часто выделяют органогенный горизонт, в составе которого находятся живой моховой покров и растительные остатки разной степени разложения. Под ним лежит минеральная оглеенная толща, в верхней части которой выделяется бесструктурный, или со слабо выраженной комковатой структурой, горизонт. На глубине 40 — 100 см присутствует льдистая мерзлота.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Allen R. G. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1988.
2. Elena Palomo, Del Barrio, «Analysis of the green roofs cooling potential in buildings» // Energy and Buildings , 1998.
3. Farhadi L. et al. Estimation of land surface water and energy balance parameters using conditional sampling of surface states // Water resources research – 2013. – Vol. 50. - № 2. – P. 1805 – 1822.
4. Frankenstein S., Koenig G., «FASST Vegetation Models» // US Army Corps of Engineers, 2004
5. Hui-Hai Liu. Fluid Flow in the Subsurface History, Generalization and Applications of Physical Laws/ Liu Hui-Hai – Houston: Aramco Research Center, 2016. – P.237.
6. Jonsson, A.V., Moen J., Palmqvist K., «Predicting lichen hydration using biophysical models» //Physiological Ecology, 2008
7. Janchen J., Mee?en J., Herzog T.H., Feist M., de la Torre R., deVera J.- P.P.,«Humidity interaction of lichens under astrobiological aspects: the impact of UVC exposure on their water retention properties» // International Journal of Astrobiology, Cambridge University, 2015
8. Jianting Zhu. Unsaturated cell model of effective thermal conductivity of soils //SN Applied Sciences – 2020. – Vol. 5. - № 1395.
9. Jianfeng Wang et al. A new approach to modelling the effective thermal conductivity of heterogeneous materials // International journal of heat and mass transfer – 2006. – P. 3075 – 3083.
10. Kutya T. V., Gerus V. A., Martynyuk P. M. Modelling of the moisture transfer in soils with regard for thermal and chemical factors // Journal of Mathematical Sciences – 2019. – Vol. 240. – № 2. – P. 208 – 219.
11. Kondo J., Saigusa N. Modelling the Evaporation from Bare Soil with a Formula for Vaporization in the Soil Pores // Journal of the Meteorological Society of Japan – 1994. – Vol. 72. – № 3. – P. 413 – 421.
12. Miranda M. et al. Modelling the Water Sorption Isotherms of Quinoa Seeds (Chenopodium quinoa Willd.) and Determination of Sorption Heats // Food and Bioprocess Technology – Vol. 5. – № 5. – P. 1686 – 1693
13. Normakhmad Ravshanov, Istam Shadmanov Mathematical modeling and research of heat and moisture transfer processes in porous media // Research Institute for the Development of Digital Technologies and Artificial Intelligence, Tashkent, 2021
14. Smits K. M. et al. Evaporation from soils under thermal boundary conditions: Experimental and modeling investigation to compare equilibrium and nonequilibrium-based approaches // Water resources research – 2011. – Vol. 47. – № 5.
15. Smits K. M. et al. An evaluation of models of bare soil evaporation formulated with different land surface boundary conditions and assumptions
// Water resources research – 2012. – Vol. 48. –№ 12.
16. Shaomin Liu et al. An intercomparison study on models of estimating The aerodynamic resistance // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings – 2003.
17. Starikovicius V. The multiphase flow and heat transfer in porous media
//Berichte des Fraunhofer ITWM – 2003. – № 55. – P. 37.
18. Thorpe, G. R., « Physical basis of aeration» // CRC Press, Boca Raton 2001
19. Thorpe G. R., Heat and moisture transfer in hygroscopic media: two contrasting analyses // Institute of Sustainability and Innovation, School of Architectural, Civil and Mechanical Engineering, Victoria University, 2007
20. Tahereh Asadi Large Evaporation Rates in Porous Media // Journal Of Biochemical Technology – 2019. - № 2. – P. 92 - 97
21. Silicon Pyranometer Smart Sensor (Part # S-LIB-M003) [Электронный ресурс].
22. Williams M. et al. Boreal permafrost thaw amplified by fire disturbance and precipitation increases // Environmental research letters – 2020 – Vol. 15 – P.13.
23. Александрова Л. Н., Гречин И. П. Почвоведение. Москва: «Колос», 1969. 536 c.
24. Архангельская Т.А. Температурный режим комплексного почвенного покрова. Москва: издательство «ГЕОС», 2012. 281 c.
25. Алипова К. А., Богословский Н. Н. Задача Стефана для уравнения теплопроводности // Всероссийская молодежная научная конференция
«Все грани математики и механики». Сборник статей. – 2016. – C. 92 - 99.
26. Боярская А.В. Моделирование теплового режима почв: методы, алгоритмы, результаты исследования: дис. магистра – Барнаул, 2010.
27. Болотов А.Г. Многослойная численная модель температурного режима почвы // Международный журнал «Инновационная наука» – 2015. – № 5. – C. 30 - 31.
28. Грибова С. А. Тундры. Л., 1980.
29. Достовалов Б.Н., Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение. М.: Изд. Московского ун-та, 1967. 404 c.
30. Есельман Р.И., Устимович В.А. Численное решение задачи нестационарной теплопроводности в многослойных телах // Теплоэнергетика, 2006. С. 32 - 36.
31. Кауричев И. С.. Почвоведение. Москва: «Колос», 1975.
32. Кислицын А.А. Основы теплофизики. Тюмень: издательство ТюмГУ, 2002. 151 c.
33. Марчик Т.П. ,Ефремов А.Л. Почвоведение с основами растениеводства. Гродно: ГрГУ, 2006. 249 c.
34. Маслов А.Д., Осадчая Г.Г., Тумель Н.В., Шполянская Н.А. Основы геокриологии. Ухта: Институт управления, информации и бизнеса, 2005. 176 c.
35. Матвеев, Л.Т. Основы общей метеорологии. Ленинград: Гидрометеорологическое издательство, 1955. 858 c.
36. Плюсин И. И., Голованов А. И. Мелиоративное почвоведение. Москва:
«Колос» , 1983. 318 c.
37. Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Учебное пособие
«Метеорология и климатология». Новочеркасск: НГМА, 2004. C. 107. 38.Слёзкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой. М.: Государственное
издательство технико-теоретической литературы, 1955. 521 c.
39. Смирнов А.К., Смотрина Т.В., Емелина О.Ю. Закономерности сорбционных процессов в системе шрот // Вестник технологического университета – 2015. – Т.18 – №4 – С.45-49
40. Хворова Л. А., Брыксин В.М., Скобова Т.С. Моделирование теплового режима почвы с учетом приходящей длинноволновой радиации. Известия АлтГУ, 2005.
41. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв. М.: Наука, 1976г. – 352 с.