Journals / Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi / 2019 / Cilt: 29 - Sayı: 1
Change in Soil Temperature Depending on Surface Heat Flow
- Pages
- 1–9
- DOI
- —
Abstract
Distribution of temperature waves at soil surface and subsurface layers depends on thermal properties (soil heat capacity, diffusivity and conductivity etc.) and surface heat flow, as well as basic soil properties. In this study, (i) change in soil surface temperature was examined according to solution of heat conductivity equation and Fourier law in case of constant heat flow on soil surface, and (ii) surface heat flow of soil was described analytically as a function of surface and sublayers temperatures, heat diffusivity and time. During the experimental period, mean soil temperature at the surface and 10 cm depth varied between 18.5 °C and 33.1 °C, where the mean thermal diffusivity coefficient (a) in this layer was sec-1.. The mean of specific and volumetric heat capacities of dry soil were (or ) and , respectively. Soil volumetric moisture content , volumetric heat capacity associated with moisture content, thermal conductivity were , (or ) and , respectively. The heat flow at the soil surface varied between 25.638 and 239.742changing from surface to deeper soil layers during 09.00-15.00 hours, whereas during 15.00-17.00 hours heat flow varied between -27.725 and -12.473changing from lower to upper soil layers. Mean relative errors between measured and predicted soil surface temperature values were 7.10%. Predicting surface temperature changes of soils mathematically, and determination of numerical values of thermal properties is one of the necessary stages for modelling soil temperature, and important for monitoring the effect of soil management on soil temperature in both humid and arid regions with consideration of climate change.
Özet
Sıcaklık dalgalarının toprak yüzeyinde ve alt katmanlarında dağılımı, toprak özelliklerinin yanı sıra, toprakların ısı kapasitesi, ısısal yayınım, ısı iletkenliği ve yüzey ısı akışı gibi ısısal özelliklerine de önemli düzeyde bağlıdır. Bu çalışmada, (i) toprak yüzeyinde ısı akışının sabit olması durumunda ısı akışı denkleminin çözümüne ve Fourier kuralına göre toprak yüzey sıcaklığının değişimi irdelenmiş, (ii) toprağın yüzey ısı akışı, yüzey ve alt katman sıcaklıklarının, ısısal yayınımın ve zamanın bir fonksiyonu olarak analitik biçimde ifade edilmiştir. Araştırma döneminde toprağın yüzey ve 10 cm derinliğinde ortalama sıcaklık değerleri 18.5 °C ile 33.1 °C arasında değişmekte, 0-10 cm katmanında ortalama ısısal yayınım katsayısı ise ’dir. Kuru toprağın özgül ve hacimsel ısı kapasiteleri sırasıyla (veya ) ve ; hacimsel nem içeriği , nem içeriğine bağlı hacimsel ısı kapasitesi , ısı iletkenliğine ait ortalama değerler ise sırasıyla ; (veya ); olarak belirlenmiştir. Toprak yüzeyindeki ısı akışı günün 09.00-15.00 saatlerinde 25.638 ile 239.742 arasında yüzeyden alt katmana doğru değişmekte; 15.00-17.00 saatlerinde ise -27.725 ile -12.473 arasında genel olarak alt katmandan yüzeye doğru değişmektedir. Hesaplanan ve ölçülen toprak yüzey sıcaklık değerleri arasındaki ortalama nispi hata % 7.10 olarak bulunmuştur. Toprakların yüzey sıcaklık değişimlerinin matematiksel olarak ifade edilmesi, ısısal özelliklere ait sayısal değerlerin belirlenmesi toprak sıcaklığının modellenmesinde gerekli aşamalardan birisi olup, nemli ve kurak bölgelerde iklim değişikliğini göz önüne alarak toprak yönetim uygulamalarının toprak sıcaklığı üzerine olan etkilerinin izlenmesi bakımından da önemlidir.Sıcaklık dalgalarının toprak yüzeyinde ve alt katmanlarında dağılımı, toprak özelliklerinin yanı sıra, toprakların ısı kapasitesi, ısısal yayınım, ısı iletkenliği ve yüzey ısı akışı gibi ısısal özelliklerine de önemli düzeyde bağlıdır. Bu çalışmada, (i) toprak yüzeyinde ısı akışının sabit olması durumunda ısı akışı denkleminin çözümüne ve Fourier kuralına göre toprak yüzey sıcaklığının değişimi irdelenmiş, (ii) toprağın yüzey ısı akışı, yüzey ve alt katman sıcaklıklarının, ısısal yayınımın ve zamanın bir fonksiyonu olarak analitik biçimde ifade edilmiştir. Araştırma döneminde toprağın yüzey ve 10 cm derinliğinde ortalama sıcaklık değerleri 18.5 °C ile 33.1 °C arasında değişmekte, 0-10 cm katmanında ortalama ısısal yayınım katsayısı ise ’dir. Kuru toprağın özgül ve hacimsel ısı kapasiteleri sırasıyla (veya ) ve ; hacimsel nem içeriği , nem içeriğine bağlı hacimsel ısı kapasitesi , ısı iletkenliğine ait ortalama değerler ise sırasıyla ; (veya ); olarak belirlenmiştir. Toprak yüzeyindeki ısı akışı günün 09.00-15.00 saatlerinde 25.638 ile 239.742 arasında yüzeyden alt katmana doğru değişmekte; 15.00-17.00 saatlerinde ise -27.725 ile -12.473 arasında genel olarak alt katmandan yüzeye doğru değişmektedir. Hesaplanan ve ölçülen toprak yüzey sıcaklık değerleri arasındaki ortalama nispi hata % 7.10 olarak bulunmuştur. Toprakların yüzey sıcaklık değişimlerinin matematiksel olarak ifade edilmesi, ısısal özelliklere ait sayısal değerlerin belirlenmesi toprak sıcaklığının modellenmesinde gerekli aşamalardan birisi olup, nemli ve kurak bölgelerde iklim değişikliğini göz önüne alarak toprak yönetim uygulamalarının toprak sıcaklığı üzerine olan etkilerinin izlenmesi bakımından da önemlidir.