艾哈迈德·扬;伊桑·T·库恩。;Scott L.画家。;拉奥·加里梅拉;莫尔顿，J.大卫 低地形永久冻土影响景观中热水文的中间尺度模型。 （英语） Zbl 1405.86011号 计算。地质科学。 22，第1期，163-177（2018）. 摘要：用于模拟气候变暖条件下受冻土影响地区的热水文的综合地表/地下模型最近已经可用，但这些新的过程丰富的模拟工具的计算需求迄今为止限制了其应用于一维或小型二维模拟。我们提出了一种混合维模型结构，用于在流域尺度上有效模拟低地形永久冻土区的地表/地下热水文。该方法用二维陆地热水文系统和一维垂直柱族取代了全三维系统，其中每个柱代表一个没有横向流的完全耦合的地表/地下热水文系统。然后对系统进行操作员拆分，依次更新无源头的陆上水流系统和无横向水流的一维水柱。我们表明，该方法具有高度可扩展性，支持不同流程的子循环，与相应的全三维表示相比，计算成本大大降低。这些进展使得最近开发的冻土物理表征能够与100米尺度的热陆流和表面能量平衡相结合。尽管针对多年冻土热水文学进行了开发和论证，但混合维模型结构通常适用于地表/地下综合热水文学。 MSC公司： 86A05型 水文学、水文学、海洋学 86-08 地球物理问题的计算方法 关键词：多尺度模型;多年冻土热水文学;地表/地下水流综合建模;北极的 软件：特里利诺斯;github;PFLOTRAN公司;NKA公司;自动转换开关 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{A.Jan}等人，计算。地质科学。22，第1号，163--177（2018；Zbl 1405.86011） 全文： 内政部 链接 参考文献： [1] Brown，J.、Ferrians，Jr，O.、Heginbottom，J.和Melnikov，E.：永久冻土和地面条件的环北极地图，第45页（1997） [2] Jorgenson，M.T.、Racine，C.H.、Walters，J.C.、Osterkamp，T.E.：与阿拉斯加中部变暖气候相关的永久冻土退化和生态变化。攀登。青稞酒。48, 551-579 (2001) ·doi:10.1023/A:1005667424292 [3] 舒尔、E.A.G.、麦奎尔、A.D.、舍德尔、C.、格罗斯、G.、哈登、J.W.、海耶斯、D.J.、哈吉利乌斯、G.，科文、C.D.、库里、P.、劳伦斯、D.M.、纳塔利、S.M.、奥勒费尔特、D.、罗曼诺夫斯基、V.E.、谢弗、K.、图雷茨基、M.R.、特雷特、C.C.、冯克、J.E.：气候变化和永久冻土碳反馈。《自然》520171-179（2015）·doi:10.1038/nature14338 [4] Hugelius，G.、Strauss，J.、Zubrzycki，S.、Harden，J.W.、Schur，E.A.G.、Ping，C.-L.、Schirmeister，L.、Grosse，G.，Michaelson，G.J.、Koven，C.D.、O'Donnell，J.A.、Elberling，B.、Mishra，U.、Camill，P.、Yu，Z.、Palmtag，J.和Kuhry，P.：极地永久冻土碳的估算储量，量化不确定性范围和确定的数据缺口。生物地球科学11，6573-6593（2014）·doi:10.5194/bg-11-6573-2014年 [5] Turner，J.、Overland，J.E.、Walsh，J.E.：近期气候变化的北极和南极视角。国际气候杂志。27, 277-293 (2007) ·doi:10.1002/joc.1406 [6] Hansen，J.、Ruedy，R.、Glascoe，J.和Sato，M.：表面温度变化的Giss分析。《地球物理学杂志》。大气研究。104, 30997-31022 (1999) ·doi:10.1029/1999JD900835 [7] 《A.C.I.评估：变暖的北极气候影响评估的影响》，《北极气候影响评价》，第1卷，第144页。剑桥大学出版社，英国剑桥（2004）。国际标准书号0521617782 [8] Koven，C.D.，Ringeval，B.，Friedlingstein，P.，Ciais，P.；Cadule，P.、Khvorostyanov，D.、Krinner，G.、Tarnocai，C.：冻土碳气候反馈加速了全球变暖。程序。美国国家科学院。科学。108, 14769-14774 (2011) ·doi:10.1073/pnas.110391008 [9] Osterkamp，T.：阿拉斯加永久冻土对气候的响应。摘自：第四届国际冻土会议，阿拉斯加费尔班克斯，第17-22页（1983年） [10] Walvoord，M.A.，Striegl，R.G.：育空河流域冻土融化导致的地下水向河流排放增加：对碳和氮横向出口的潜在影响。《地球物理研究快报》，第34页（2007年） [11] Lyon，S.、Destouni，G.、Giesler，R.、Humborg，C.、Mörth，C.-M.、Seibert，J.、Karlsson，J.和Troch，P.：使用衰退流分析估算亚北极流域的永久冻土融化率。水文学。地球系统。科学。13, 595-604 (2009) ·doi:10.5194/hesss-13-595-2009 [12] Pachauri，R.K.、Allen，M.、Barros，V.、Broome，J.、Cramer，W.、Christ，R.、Church，J.、Clarke，L.、Dahe，Q.、Dasgupta，P.等人：《2014年气候变化：综合报告》。第一、第二和第三工作组对政府间气候变化专门委员会第五次评估报告的贡献（2014年） [13] Koven，C.D.，Riley，W.J.，Stern，A.：CMIP5地球系统模型中永久冻土热动力学和气候变化响应分析。J.攀登。26, 1877-1900 (2013) ·doi:10.1175/JCLI-D-12-00228.1 [14] Painter，S.、Moulton，J.、Wilson，C.：预测退化永久冻土水文响应的建模挑战。《水文地质学杂志》，第1-4页 [15] Kurylyk，B.L.、MacQuarrie，K.T.、McKenzie，J.M.：气候变化对寒温带地区地下水和土壤温度的影响：含义、数学理论和新兴模拟工具。地球-Sci。版本138，313-334（2014）·doi:10.1016/j.earscirev.2014.06.006 [16] Harlan，R.：部分冻土中热流体耦合传输的分析。水资源。第9号决议，1314-1323（1973）·doi:10.1029/WR009i005p01314文件 [17] Guymon，G.L.，Luthin，J.N.：北极土壤热湿耦合传输模型。水资源。第10号决议，995-1001（1974）·doi:10.1029/WR010i005p00995 [18] Taylor，G.S.，Luthin，J.N.：土壤冻结过程中热湿耦合传递模型。可以。岩土工程。J.15，548-555（1978）·doi:10.1139/t78-058 [19] Takata，K.、Emori，S.、Watanabe，T.：开发表面相互作用和径流的最低深度处理。手套。星球。青稞酒。38, 209-222 (2003) ·doi:10.1016/S0921-8181（03）00030-4 [20] Nicolsky，D.、Romanovsky，V.、Alexeev，V.和Lawrence，D.：GCM陆面方案中永久冻土动力学的改进建模。地球物理研究信件，第34页（2007年） [21] Lawrence，D.M.，Slater，A.G.，Swenson，S.C.：CCSM4中当前和未来永久冻土和季节性冻土条件的模拟。J.攀登。25, 2207-2225 (2012) ·doi:10.1175/JCLI-D-11-00334.1 [22] McKenzie，J.M.，Voss，C.I.，Siegel，D.I.：地下水流动与能量传输和水冰相变：数值模拟、基准和在泥炭沼泽冻结中的应用。高级水资源。30, 966-983 (2007) ·doi:10.1016/j.advwatres.2006.08.008 [23] Bense，V.，Ferguson，G.，Kooi，H.：退化永久冻土区浅层地下水流动系统的演变，《地球物理研究快报》，第36页（2009年） [24] Painter，S.L.，Karra，S.：亚冻非饱和土壤中未冻水含量的本构模型，《渗流区杂志》，第13页（2014） [25] Painter，S.L.：部分冻结地质介质中水迁移的三阶段数值模型：模型制定、验证和应用。计算。地质科学。15, 69-85 (2011) ·Zbl 1209.86005号 ·doi:10.1007/s10596-010-9197-z [26] Grimm，R.E.，Painter，S.L.：关于火星上地下水的长期演化。地球物理学。Res.Lett公司。36，不适用不适用（2009年）。L24803型·doi:10.1029/2008GL036326 [27] Frampton，A.、Painter，S.、Lyon，S.W.、Destouni，G.：季节变化和气候变化下模型永久冻土系统中近地表流的非等温三相模拟。J.水文学。403, 352 - 359 (2011) ·doi:10.1016/j.jhydrol.2011.04.010 [28] Karra，S.、Painter，S.和Lichtner，P.：永久冻土区地下水文的三阶段数值模型。《冰冻圈讨论》8149-185（2014）·doi:10.5194/tcd-8-149-2014年 [29] Lichtner，P.C.、Hammond，G.E.、Lu，C.、Karra，S.、Bisht，G.、Andre，B.、Mills，R.T.、Kumar，J.：PFLOTRAN网页。网址：http://www.pflotran.org (2013) [30] Kumar，J.，Collier，N.，Bisht，G.，Mills，R.T.，Thornton，P.E.，Iversen，C.M.，Romanovsky，V.：模拟低地形多角形苔原地貌地下热状态的时空变化。低温层10，2241-2274（2016）·doi:10.5194/tc-10-2241-2016年 [31] Painter，S.L.，Coon，E.T.，Atchley，A.L.，Berndt，M.，Garimella，R.，Moulton，J.D.，Svyatskiy，D.，Wilson，C.J.：地表/地下永久冻土热水文综合：模型制定和概念验证模拟。水资源。第52号决议，6062-6077（2016年）·doi:10.1002/2015WR018427 [32] Coon，E.T.，Moulton，J.D.，Painter，S.L.：管理地表和近地表过程模拟的复杂性。环境。模型1。柔和。78, 134-149 (2016) ·doi:10.1016/j.envsoft.2015.12.017 [33] Dall’Amico，M.、Endrizzi，S.、Gruber，S.和Rigon，R.：一个稳健且节能的变饱和土壤冻结模型。Cryosphere 5，469-484（2011）·doi:10.5194/tc-5-469-2011 [34] Pikul，M.F.，Street，R.L.，Remson，I.：基于耦合一维Richards和Boussinesq方程的数值模型。水资源。第10号决议，295-302（1974年）·doi:10.1029/WR010i002p00295 [35] Zhu，Y.，Zha，Y.，Tong，J.，Yang，J.：一维非饱和流与三维饱和流的大规模耦合方法。水科学。工程4，357-373（2011） [36] Hazenberg，P.、Fang，Y.、Broxton，P.，Gochis，D.、Niu，G.-Y.、Pelletier，J.D.、Troch，P.A.、Zeng，X.：用于地球系统模型的混合三维山坡水文模型。水资源。第51号决议，8218-8239（2015年）·doi:10.1002/2014WR016842 [37] Coon，E.T.：ATS：先进的地面模拟器。http://github.com/amanzi/ats (2016) [38] Moulton，J.D.、Berndt，M.、Garimella，R.、Prichett-Sheats，L.、Hammond，G.、Day，M.和Meza，J.：多进程高性能计算模拟器Amanzi的高级设计，美国能源部环境管理办公室，华盛顿特区（2012） [39] Heroux，M.、Bartlett，R.、Hoekstra，V.H.、Hu，J.、Kolda，T.、Lehoucq，R.，Long，K.、Pawlowski，R.和Phipps，E.、Salinger，A.、Thornquist，H.、Tuminaro，R.以及Wil-lenbring，J.和Williams，A.：三音组合概述。桑迪亚国家实验室2003-2927技术报告（2003年）·Zbl 1136.65354号 [40] Garimella，R.V.、Perkins，W.A.、Buksas，M.W.、Berndt，M.、Lipnikov，K.、Coon，E.、Moulton，J.D.、Painter，S.L.：耦合多过程地球物理模拟的网格基础设施。《Procedia Engineering》82、34-45（2014）·doi:10.1016/j.proeng.2014.10.371 [41] Da Veiga，L.B.，Lipnikov，K.，Manzini，G.：椭圆问题的模拟有限差分方法，第11卷，Springer（2014）·Zbl 1286.65141号 [42] Lipnikov，K.，Manzini，G.，Shashkov，M.：模拟有限差分法。J.计算。物理。257, 1163-1227 (2014) ·Zbl 1352.65420号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.07.031 [43] Calef，M.T.，Fichtl，E.D.，Warsa，J.S.，Berndt，M.，Carlson，N.N.：应用于k特征值问题离散坐标公式的非线性Krylov加速度。J.计算。物理。238188-209（2013年）·Zbl 1286.65048号 ·doi:10.1016/j.jcp.2012.12.024 [44] Carlson，N.N.，Miller，K.：梯度加权移动有限元代码I的设计和应用：一维。SIAM J.科学。计算。19, 728-765 (1998) ·Zbl 0911.65087号 ·doi:10.1137/S106482759426955X [45] Atchley，A.L.、Painter，S.L.、Harp，D.R.、Coon，E.T.、Wilson，C.J.、Liljedahl，A.K.、Romanovsky，V.E.：使用现场观测为永久冻土动力学的热水文模型提供ATS信息（v0.83）。地质科学。模型开发。8, 2701-2722 (2015) ·doi:10.5194/gmd-8-2701-2015年 [46] Atchley，A.L.、Coon，E.T.、Painter，S.L.、Harp，D.R.、Wilson，C.J.：洪水、泥炭和雪对活动层厚度的影响和相互作用。地球物理学。Res.Lett公司。43, 5116-5123 (2016). 2016年GL068550·doi:10.1002/2016GL068550 [47] 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室，网格和字段I/O库和科学数据库。https://wci.llnl.gov/simulation/computer-codes/silo (2016) [48] Jorgenson，M.T.，Shur，Y.L.，Pullman，E.R.：《阿拉斯加北极永久冻土退化的突然增加》，《地球物理研究快报》，第33页（2006年） [49] Liljedahl，A.、Hinzman，L.、Schulla，J.：冰-西多边形类型控制着低梯度流域尺度的水文。摘自：《第十届国际冻土会议记录》，第1卷，第231-236页（2012年） [50] Hinzman，L.D.、Bettez，N.D.、Bolton，W.R.、Chapin，F.S.、Dyurgerov，M.B.、Fastie，C.L.、Griffith，B.、Hollister，R.D.、Hope，A.、Huntington，H.P.等人：阿拉斯加北部和其他北极地区近期气候变化的证据和影响。攀登。青稞酒。72, 251-298 (2005) ·doi:10.1007/s10584-005-5352-2 [51] Rowland，J.C.，Jones，C.E.，Altmannm，G.，Bryan，R.，Crosby，B.T.，Hinzman，L.D.，Kane，D.L.，Lawrence，D.M.，Mancino，A.，Marsh，P.，McNamara，J.P.，Romanvosky，V.E.，Toniolo，H.，Travis，B.J.，Trochim，E.，Wilson，C.J.，Geernaert，G.L.：北极景观转型：对永久冻土融化的反应。Eos，事务处理。阿默尔。Geophys Union 91，229-230（2010年）·doi:10.1029/2010EO260001 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。