Εφαρμογή αναλυτικών και ημι αναλυτικών μοντέλων για την εκτίμηση και πρόγνωση της θερμοκρασίας εδάφους.

Abstract

Οι διάφορες αγρομετεωρολογικές και βιοκλιματικές εφαρμογές απαιτούν τη γνώση της θερμοκρασίας εδάφους σε διάφορα βάθη. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εκτίμηση της κατατομής της θερμοκρασίας εδάφους με χρήση ημι-αναλυτικών λύσεων που βασίζονται σε ένα γενικό τύπο αναλυτικού προτύπου το οποίο προσομοιώνει την ετήσια διακύμανση των ωριαίων τιμών των θερμοκρασιών του εδάφους σε διάφορα βάθη. Εξετάζονται τα μοντέλα που λαμβάνουν ως είσοδο τους (α) τη θερμοκρασία εδάφους σε αρκετά μεγάλο βάθος (πέρα από το οποίο δεν παρατηρείται αξιόλογη μεταβολή ), (β) τη μέση ημερήσια θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους, (γ) τη μέση θερμοκρασία σε συγκεκριμένο βάθος και (δ) τη μέση θερμοκρασία αέρα. Τα μοντέλα εφαρμόζονται σε δεδομένα θερμοκρασίας εδάφους τα οποία προέρχονται από το μετεωρολογικό σταθμό του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Ελέγχεται η αξιοπιστία των μοντέλων να προσεγγίζουν τις μετρημένες τιμές θερμοκρασίας στα διάφορα βάθη εδάφους και συζητείται η εφαρμοσιμότητά τους

Soil temperature and its variations in time and space are very important in describing several physical processes, such as evaporation, chemical reactions, and energy and mass exchange with the atmosphere which in turn are of considerable interest to many disciplines ranging from forestry, micrometeorology and climatology to architecture and also building physics. The present study deals with the application of various semi-analytical models to estimate ground temperature profiles. The models are based on the general formula of an analytical model which, considering a quasi steady state system, implements the superposition of annual and daily sinusoidal fluctuations. The models are then developed from the analytical model by replacing the steady state soil temperature with easily obtained daily average temperatures such as the average surface temperature, the average temperature of selected soil depths, the average soil temperature of the considered soil profile and, in the context of minimal data requirements, the average air temperature. Field measurements of soil temperatures at the surface and at various soil depths of the National Observatory of Athens station are used to evaluate the performance of the various models whereas the applicability is also discussed. Finally, a promising result of the present study is the good performance of the models based on the daily average ground temperature from observations at 08:00, 14:00 and 20:00, that can be used to reconstruct hourly time series for stations and periods having only 8-hourly measurements.