耦合干空气机制的黄土水热运移过程模拟
——以山地苹果园为例*

杨 博，赵西宁，高晓东，潘岱立，霍高鹏，叶苗泰

（1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨陵 712100；2.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨陵 712100）

黄土高原是全球最大的黄土堆积区[1]，黄土剖面深厚，可达200 m。该区大部分属于半干旱半湿润区域，降雨量在400～600 mm 之间，光热资源丰富，是全球最大的优质苹果主产区，种植面积和产量均超过全球的25%[2-3]，但是由于干旱缺水加之果树耗水强烈，水分供需矛盾十分突出[4]。干旱缺水是制约该区农业生产与生态建设的主要瓶颈之一[5]，其中土壤水热条件是最根本因素[6-7]。因此，了解土壤水热动态过程可为该区果园生产力预报奠定基础。

数值模拟是再现土壤水热动态过程的一种可行且较为经济的方法[8-9]。与基于数据驱动的统计模型相比，基于物理过程的土壤水热耦合模型具有较强的物理意义，经得起理论推敲与试验验证，可复制性可移植性强[10-12]。目前，虽然已有研究验证了土壤水热耦合模型的可行性[13-15]，但是大部分模型假定土壤空气压强与大气压强始终保持平衡，空气自由出入地表界面，并认为土壤中只存在水相运移，忽略土壤空气流动带来的内部压力变化[16-17]。实际上，土壤水热运移是水、气两相流体在土壤孔隙中相互驱动的复杂过程，具有二相流特质，土壤干空气显著影响着土壤水分运移[9]。二相流质热传输模型STEMMUS 首次将土壤干空气方程耦合进土壤水汽热过程模拟中，综合考虑了土壤水、汽、热、气之间的耦合过程，并已得到初步应用[9，17]。……