نموذج أرضي عالي الدقة مع تدفق المياه الجوفية الجانبي، واستخدام المياه، وديناميات جبهات تجمد وذوبان التربة وتطبيقاته في حوض داخلي

الملخص يؤثر تنظيم المياه بواسطة الإنسان، وتدفق المياه الجوفية الجانبي، وحركة جبهات التجمد والذوبان (FTFs) على ماء التربة والعمليات الحرارية، فضلاً عن تبادل الطاقة والمياه بين سطح الأرض والغلاف الجوي. يُعد التمثيل المعقول لهذه العمليات في نماذج سطح الأرض أمرًا مهمًا جدًا لتحسين فهم التفاعلات بين الأرض والغلاف الجوي. في هذه الدراسة، تم دمج الأوصاف الرياضية لتدفق المياه الجوفية الجانبي، وتنظيم المياه بواسطة الإنسان، وFTFs بشكل متزامن في نموذج مجتمع أرضي عالي الدقة، الذي سُمي بعد ذلك نموذج سطح الأرض للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS‐LSM). مع سلسلة من الدوافع الجوية وبيانات سطح أرض عالية الدقة من برنامج الأبحاث التجريبية للميكروفون الساحلي (HiWATER)، تم إجراء محاكاة عددية لفترة 1981–2013 باستخدام CAS‐LSM بدقة 1 كم لحوض داخلي، وهو حوض نهر هيهي في الصين. مقارنة بالملاحظات، أعاد CAS‐LSM إنتاج توزيعات المياه الجوفية، ونتيجة التبخر، والتربة المتجمدة بشكل معقول وتطابقت بشكل جيد مع التغيرات الزمنية في درجة حرارة الأرض، وتدفقات الحرارة، وFTFs. تسلط النتائج الضوء على الخصائص الزمنية والمكانية للتربة المتجمدة والتغيرات في تبادل الكربون والمياه والطاقة بين الأرض والغلاف الجوي. وتم تمييز التربة المتجمدة والتربة المتجمدة موسميًا. في المناطق المجمدة موسميًا، زادت أقصى عمق للصقيع في التربة بمقدار 0.65 مم/سنة في المناطق الطبيعية وانخفضت بمقدار 2.12 مم/سنة في المناطق التي يسيطر عليها الإنسان. زادت سمك الطبقة النشطة بمقدار 8.63 مم/سنة للتربة المتجمدة. في منطقة التربة المتجمدة، ازداد تبخر المياه وتدفق الحرارة الكامنة، وانخفض تدفق الحرارة المعنوي. في المناطق التي يسيطر عليها الإنسان، زاد استخدام المياه من تدفق الحرارة الكامنة وقلل من تدفق الحرارة المعنوي، وصافي تبادل النظام البيئي، وتغذية تدفقات المياه إلى المنطقة الهشة بيئيًا في المجرى السفلي. اقترحت النتائج أن نموذج سطح الأرض CAS‐LSM هو أداة محتملة لدراسة عمليات سطح الأرض، خاصة في المناطق الباردة والجافة التي تواجه تدخلات بشرية.