Temperatura tal - enačba letnega hoda na različnih globinah

Interactive Average Soil Temperature Calculator. Enaka aplikacija, a brez grafa. | Enaka aplikacija, z grafom (brez vh. podatkov). | Enaka aplikacija, z grafom (z. vh. podatki in izključevanjem globin).

Računanje temperature tal na različnih globinah,
Vnesi ali uporabi vhodne podatke:
ALFA tal (toplotna difuzivnost): m^2/dan
Tem_zraka_pov_letna: °C
Tem_amplituda_povr_tal: °C
Dan minimuma:
Globina Z: m


Vpiši ali izberi znak,
ki razmejuje kolone
Če se primerja realne podatke z modelom,
se spodaj izpiše korelacija na kvadrat.
Spremenite zgornje podatke tako, da bo R^2 čim večji.
Dinamična
legenda
(z miško
pojdi
na graf):

................. tukaj se izriše graf ................
SPODNJA OKNA SO: v levem polju textarea - merjeni podatki (lahko vneseš svoje meritve za 365 dni - razmejitev je tabulator, koloni lahko izključiš ali vključiš - orodje služi za umeritev in iskanje top. difuzivnosti). V naslednji vrstici so podatki za konkretne meritve (globini, imeni in "checkboxa"):
[ globi_1m | globi_2m ]
PRVA KOLONA naslednjega okna spodaj, takoj za kolono z dnevi, je izračun temperatur za globino "Z", ki ste jo vi vnesli!
sledi polje, ki jih izračuna kalkulator - dan v letu, povprečne temperature tal na različnih globinah po dnevih v letu
(na desni pa je okno z vrednostmi samo za vašo izbrano globino z)
(podatke lahko kopirate v excel in narišete grafe letnega hoda zem. tem.)
Kalkulator ocene zemeljskih temperatur je izdelal 19. nov. 2012:
Vičar Zorko

Spodaj je nekaj splošne teorije in konstant glede zemeljskih temperatur!


Kasudova odvisnost temperature v globini zemlje (Z) v odvisnosti od letnega časa (t) je iz vira:
Kasuda, T., and Archenbach, P.R. 1965. Earth Temperature and Thermal Diffusivity at Selected Stations in the United States, ASHRAE Transactions, Vol. 71, Part 1.
-----------------------------------------------------------------
Legenda:
---------

Alfa je razmerje med toplotno prevodnostjo zemlje in "toplotno kapaciteto - v bistvu kapaciteto na volumen" (s produktom specifične toplote Cp in gostote snovi ro) - enota za alfa je [m^2/s].
Toplotna (termična) difuzivnost snovi pove, kako hitro se prenaša toplota po določenem materialu (časovna odzivnost).

SLEDI PRIBLIŽNA POT DO KASUDOVE ENAČBE IN NEKAJ MERITEV
V splošnem velja, da se temperatura tal z globino spreminja, (sprememba) temperaturni gradient je odvisen od sestave tal, časovni ritem pa daje seveda energija Sonca - višina Sonca, ki tudi določa letne čase. Tako lahko pričakujemo sinusni časovni ritem in eksponentno odvisnot temperature v odvisnosti od globine (difuzija). V resnici so realne razmere bolj zapletene, to kaže zgornja slika različnih vplivov na stanje tal in v globini.

Kasudova enačba je v bistvu rešitev Fourierove diferencialne enačbe toplotne prevodnosti.
V grobem velja, da je gostota toplotnega toka skozi površino S zaradi prevajanja P/S = j = lam*dT/dz enaka pretočeni gostoti toplote dQ/(S*dt) = dm*Cp*dT/(S*dt) skozi volumen dV= S*dz zemlje (opazujemo prispevke tankih plasti dz). To je toplotno ravnovesje - sevanje smo zanemarili, predpostavili smo, da ni toplotnih izvirov, in da je v tleh najpomebnejše prevajanje po globini z, ... (glej poenostavljeno sliko zgoraj - prikaz na nivoju molekul, termično nihanje).
Če torej zelo poenostavimo, velja:

dm*Cp*dT/(S*dt) = dm*dz*Cp*dT/(S*dz*dt) = (dm/dV)*dz*Cp*dT/dt, od koder sledi:

Toplotni tok v smeri z (skozi presek S) da končno obliko Fourierove diferencialne enačbe:

- kjer je .

Resšitev je že zgoraj zapisana Kasudova enačba:


Tabela toplotne difuzivnosti (alfa) za različne vrste tal in vplivno območje - globina z.
ToplotnaToplotna Cikel Cikel
difuzivnostdifuzivnost dnevno letno
cm^2/s m^2/danvpliv_do_z[m]vpliv_do_z[m]
Skale, kamen 0.02 0.1728 1.1 20.5
Suhi pesek 0.001 0.00864 0.3 4.5
Mokri pesek 0.01 0.0864 0.8 14.5
Suha glina 0.002 0.01728 0.4 6.5
Mokra glina 0.015 0.1296 0.95 18

alfa
0.0864 Mokri pesek
0.01728 Suha glina
--------------------
0.05184 - mešanica gline in peska (ocena za NM)


Potek temperature v globini tal.

Primer simulacije povprečnih dnevnih temperatur za Novo mesto.


Graf zemeljskih temperatur T(z,t) na različnih globinah dobljen iz Kasudove enačbe - oglej si excel izračune ter grafe, tudi tabele z meritvami v NM.
alfa_m*m/dan T_zra_pov T_amplituda t_dan_minimuma
0.056 11 15 50
Po enačbi:
T(z,t) = T_zra_pov - T_amplituda*exp(-z*(3.14159/(365*alfa))^0.5)*cos((2*3.14159/365)*(t_dan_v_letu - t_dan_minimuma -(z/2)*(365/(3.14159*alfa))^0.5))
Spodaj je graf realnih meritev zemeljskih temperatur za Novo mesto.


Graf zemeljskih temperatur za leto 2009 - realne meritve, meteorološka postaja Novo mesto.


Graf zemeljskih temperatur za 39 let na globini enega metra - Novo mesto.


Merilno mesto Ljubljana, postavitev termometrov - meritev zemeljskih temperatur (globine: 2cm, 5cm, 10cm, 20cm, 30cm, 50cm, 100cm).


Meteorološka postaja Ljubljana - 19. november 2012.
Foto: Vičar Zorko




Dodatek - vir UNI-LJ


Pedološka karta Slovenije - sestava.


Pedološka karta Slovenije - povprečna globina tal.


Poljska kapaciteta tal (v mm za 1m tal) - EPK.


Pedološka karta Slovenije - kvaliteta tal (lahka, težka ilovnata, pesek, itn.).

Vir: http://stari.bf.uni-lj.si/cpvo/Novo/SF_PodatkiTalSlovenije.htm


Povzel: ZORKO Vičar

Komentarji so zaželjeni.
E-POŠTA, RFC-822: Zorko.Vicar@guest.arnes.si



Nazaj na domačo stran.