[发明专利]一种土壤冻融过程中氮素的模拟方法

权利要求书

1.一种土壤冻融过程中氮素的模拟方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1、根据大气温度计算各层土壤的温度；

S2、根据获取的各层土壤温度以及前一日各层土壤的含水率计算各层土壤的溶质势、基质势和重力势，并根据各层土壤的溶质势、基质势和重力势计算各层土壤的总土水势；

S3、根据各层土壤的总土水势，利用一维垂直水分流动方程计算当日各层土壤的含水率；

S4、根据当日各层土壤的含水率，计算各层土壤中氮素的汇源项；

S5、根据各层土壤中氮素的汇源项，利用对流弥散方程计算各层土壤中的氮素浓度。

2.根据权利要求1所述的土壤冻融过程中氮素的模拟方法，其特征在于：步骤S1具体为，搜集水文站点的大气温度，WEP_L模型中假定地表温度等于大气温度，并根据土壤热容、热传导系数以及各土壤层的含冰率，使用一维垂直流动基本方程计算剩余各层土壤温度；某层土壤的土壤温度计算公式为，

其中，z为该层土壤相对于基准面的高度；λ_s为该层土壤的热导率；T_s为该层土壤的土壤温度；C_V为该层土壤的土壤体积热容；t为时间；ρ_i为土壤中冰的密度，取值为920kg/m³；L_i为融化潜热，取值为3.35×10⁶J/kg；θ_i为该层土壤的体积含冰率。

3.根据权利要求2所述的土壤冻融过程中氮素的模拟方法，其特征在于：步骤S2中，根据某层土壤的土壤温度以及前一日该层土壤的含水率计算该层土壤的溶质势、基质势和重力势，并根据该层土壤的溶质势、基质势和重力势计算该层土壤的总土水势的具体过程为，

S21、根据前一日该层土壤的含水率计算该层土壤中水的重力势和基质势；

重力势的计算公式为，

h_g＝±ρ_lgz

其中，z表示该层土壤相对于基准面的高度；ρ_l为土壤中水的密度，取值为1000kg/m³；g为重力加速度；

基质势的计算公式为，

其中，α和β表示该层土壤的水分吸力常数，θ_r表示该层土壤的凋萎含水率；θ_s表示该层土壤的饱和含水率；θ表示前一日该层土壤的体积含水率；

S22、WEP_L模型首次运行时，各层土壤水中溶解态氮素的浓度C_dis为给定值，其余时刻各层土壤水中溶解态氮素的浓度C_dis均为模拟值；模型首次运行计算溶质势时采用给定值，其余时刻运算时均采用前一日各层土壤水中溶解态氮素浓度的模拟值；

S23、根据该层土壤温度和该层土壤水中溶解态氮素的浓度，计算该层土壤中水的溶质势；

溶质势的计算公式为，

其中，C_dis为该层土壤水中溶解态氮素的浓度；R为摩尔气体常数；T_k为该层土壤的热力学温度；μ为溶质的摩尔质量；

S24、根据该层土壤的重力势、基质势和溶质势，计算该层土壤的总土水势；

总土水势的计算公式为，

h＝h_m+h_g+h_s

其中，h为该层土壤水的总土水势；h_m为该层土壤水的基质势；h_g为该层土壤水的重力势；h_s为该层土壤水的溶质势。