Using parabolic function in prediction of temperature at different soil depths

Year 2017, Volume: 5 Issue: 1, 34 - 38, 30.06.2017

İmanverdi Ekberli , Coşkun Gülser , Nutullah Özdemir

Abstract

The objective of this research is to predict daily soil temperature change in different soil depths of 0-50 cm soil layer depend on heat diffusivity coefficient values obtained from functional relationships. Soil temperature values were predicted after determining the heat diffusivity coefficients in different depths for mean daily soil temperature values and the heat diffusivity values for non-measured soil depths using parabolic function. Root Mean Square Error (RMSE) values between estimated soil temperature values and the meteorological measurement data varied between 0.099 and 0.012. As a result, daily soil temperature changes in different soil depths can be predicted using the heat diffusivity coefficients determined with parabolic function.

Keywords

Temperature, heat diffusivity, soil depth, prediction

Farklı toprak derinliklerindeki sıcaklığın tahmininde parabolik fonksiyonun kullanımı

Abstract

Bu çalışmanın amacı, fonksiyonel ilişkilere göre elde edilen ısısal yayınım katsayısı değerlerine bağlı olarak 0-50 cm toprak katmanının farklı derinliklerinde günlük sıcaklık değişiminin tahmin edilmesidir. Ortalama günlük toprak sıcaklık değerleri için farklı derinliklere ait ısısal yayınım katsayıları ve parabolik ilişki kullanılarak ölçüm yapılmayan toprak katmanları için ısısal yayınım değerleri belirlendikten sonra toprak sıcaklık değerleri tahmin edilmiştir. Meteorolojik ölçüm verileri ve hesaplanan toprak sıcaklık değerleri arasındaki hata kareler ortalamasının karekökü (RMSE) 0.099 ile 0.012 arasında değişmiştir. Sonuç olarak, farklı toprak derinliklerinde sıcaklığının günlük değişimi parabolik fonksiyon ile belirlenen ısısal yayınım katsayıları kullanılarak tahmin edilebilir.

Keywords

Sıcaklık, ısısal yayınım, toprak derinliği, tahmin

References

• Arkhangelskaya TA, 2014. Diversity of thermal conditions within the paleocryogenic soil complexes of the East European Plain: The discussion of key factors and mathematical modeling. Geoderma 213: 608–616. Chung SO, Horton, R., 1987. Soil heat and water flow with a partial surface mulch. Water Resources Research 23(12): 2175-2186. Cichota R, Elias EA, de Jong van Lier Q, 2004. Testing a finitedifference model for soil heat transfer by comparing numerical and analytical solutions. Environmental Modelling & Software 19: 495–506. Correia A, Vieira G, Ramos M, 2012. Thermal conductivity and thermal diffusivity of cores from a 26 meter deep borehole drilled in Livingston Island, Maritime Antarctic, Geomorphology 155-156: 7–11. Cote J, Konard JM, 2005. Thermal conductivity of base-course materials. Canadian Geotechnical Journal 42: 61-78. Ekberli İ, Gülser C, Mamedov A, 2015a. Toprakta bir boyutlu ısı ietkenlik denkleminin incelenmesinde benzerlik teorisinin uygulanması. Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 10 (2):69-79. Ekberli İ, Gülser C, Özdemir N, 2015b.Toprakta ısı iletkenliğine etki yapan ısısal parametrelerin teorik incelemesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 30(3): 300-306. Ekberli İ, Sarılar Y, 2015a. Toprak sıcaklığı ve ısısal yayınımın belirlenmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi 30(1): 74-85. Ekberli İ, Sarılar Y, 2015b. Toprak sıcaklığının profil boyunca sönme derinliğinin ve gecikme zamanının belirlenmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 52(2):219-225. Evett SR, Agam N, Kustas WP, Colaizzi PD, Schwartz RC, 2012. Soil profile method for soil thermal diffusivity, conductivity and heat flux: Comparison to soil heat flux plates. Advances in Water Resources 50: 41–54. Gao Z, Bian L, Hu Y, Wan L, Fan J, 2007. Determination of soil temperature in an arid region. Journal of Arid Environments 71: 57–168. Gülser C, Ekberli I, 2004. A comparison of estimated and measured diurnal soil temperature through a clay soil depth. Journal of Applied Sciences 4(3): 418-423. Huang F, Zhan W, Ju W, Wang Z, 2014. Improved reconstruction of soil thermal field using two-depth measurements of soil temperature. Journal of Hydrology 519: 711–719. Hu G, Zhao L, Wu X, Li R, Wu T, Xie C, Qiao Y, Shi J, Li W, Cheng G, 2016. New Fourier-series-based analytical solution to the conduction–convection equation to calculate soil temperature, determine soil thermal properties, or estimate water flux. International Journal of Heat and Mass Transfer 95: 815–823. Kurtener DA, Çudnovski AF, 1979. Agrometeorologiçeskiye osnovı teplovoy meliorasii poçv. Leningrad, Gidrometeoizdat, 231s. Lei S, Daniels, JL, Bian Z, Wainaina N, 2011. Improved soil temperature modeling. Environmental Earth Sciences 62(6): 1123-1130. Lu S, Ren T, Gong, Y, Horton R, 2007. An improved model for predicting soil thermal conductivity from water content at room temperature. Soil Science Society of America Journal 71: 8-14. Özdemir N, 1998. Toprak fiziği. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Ders Kitabı No: 30, s: 191-209. Saito T, Hamamoto S, Mon EE, Takemura T, Saito H, Komatsu T, Moldrup P, 2014. Thermal properties of boring core samples from the Kanto area, Japan: Development of predictive models for thermal conductivity and diffusivity. Soils and Foundations 54(2): 116-125. Zambra CE, Moraga, NO, 2013. Heat and mass transfer in landfills: Simulation of the pile self-heating and of the soil contamination. International Journal of Heat and Mass Transfer 66: 324–333. Zhang Y, Gao P, Yu Z, Fang J, Li C, 2014. Characteristics of ground thermal properties in Harbin, China. Energy and Buildings 69: 251–259.