第七届青年地学论坛

由于全球气候持续变暖，迫切需要深入理解寒区土壤水文过程。然而，恶劣的寒区自然环境给野外观测工作带来巨大挑战，随着计算科学的快速发展，在已有观测数据的基础上，发展寒区土壤水热耦合模型并开展模拟研究，已成为理解寒区土壤水文物理过程和动力学机制的重要途径。本研究基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法，建立了高分辨率的寒区土壤水热耦合模型，且自主研发了相应的数值求解器和软件包。首先通过一系列验证算例，如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例、室内土柱冻结实验、野外站点尺度算例等，对自主研发的模型进行了严格的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果、室内实验数据、野外站点长期观测的土壤水分温度数据相比，均有较好的一致性。随后，利用模型对青藏高原东北部不同坡面的土壤水热传输过程展开了模拟研究。结果表明，不同坡向对寒区土壤水热传输过程有显著影响，且该模型能准确高效地模拟寒区土壤的水分运移和传热过程，直观刻画冰-水相态的动态变化，有望为探究寒区土壤水文过程及背后机理提供理论依据和可靠预测。

寒区水文学；土壤水热耦合模型；计算流体力学；水热传输过程；坡向