Toprakların Sıcaklık Değişiminin ve Bazı Isısal Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışma, Samsun ili Çarşamba ilçesinde çim örtüsü ile kaplı açık (I. deneme alanı) ve şeftali bahçesinde ağaçların gölgeleme yaptığı (II. deneme alanı) alanlarda yürütülmüştür. Deneme alanlarında topraklarının yüzeyden 100 cm?ye kadar her 10 cm derinliğinde 700, 1200, 1800 saatlerindeki günlük toprak sıcaklıkları 21 ağustos 19 eylül 2011 tarihleri arasında ölçülmüştür. Toprak sıcaklığı değerlerinden faydalanarak; günlük sıcaklık değişimi ve bu değişime bağlı olarak amplitüt, sönme derinliği, gecikme zamanı, ısısal yayınım katsayısı gibi ısısal özellikler, toprağın temel ısı taşınım denkleminin çözüme göre elde edilen teorik günlük sıcaklık değerleri ile ölçüm değerlerinin karşılaştırılması irdelenmiştir. I. ve II. deneme alanlarının 0-50 cm katmanlarındaki 700, 1200 ve 1800 saatlerinde ölçülen günlük sıcaklık değerleri sırasıyla 16.5-24.0; 21.0-34.0; 19.5-27.0°C ve 16.5-23.0; 19.0-27.5; 19.0-24.8°C ve 50-100 cm katmanlarında ise sırasıyla 19.1-23.0; 21.0- 25.5; 19.2-25.0°C ve 18.9-22.0; 19.2-24.5; 19.0-24.0°C arasında değişmektedir. Genel olarak her iki deneme alanında da toprakları yüzeye yakın katmanlarındaki sıcaklık değişimleri az olup, aşağı katmanlara doğru (>50 cm) bu değişimler daha da azalmaktadır. Amplitüt değerleri I. deneme alanında toprak yüzeyinde 2.03-5.60ºC, 10 cm?den derin katmanlarda ise 0.93-3.07ºC arasında, II. deneme alanında ise sırasıyla 1.97-2.77ºC ve 0.94-2.46ºC arasında belirlenmiştir. Ortalama ısısal yayınım I. deneme alanında 10-100 cm toprak derinliğinde 0.0835-0.8830 cm2 san-1; II. deneme alanında ise 0.2578-1.9692 cm2 san-1 aralıklarında bulunmuştur. Ortalama sönme derinliği ve gecikme zamanı I. deneme alanının 10-100 cm derinliğinde sırasıyla 0.45-1.45 m ve 1.47-4.46 saat aralığında; II. deneme alanında ise 0.77-2.30m ve 0.96-3.00 m aralığında tespit edilmiştir. Toprağın ısı taşınım denklemine göre hesaplanan sıcaklık değerleri ile ölçülen sıcaklık değerleri arasındaki ortalama nispi hata 0.015 - 0.089 aralığında belirlenmiştir. Anahtar Sözcükler: Toprak Sıcaklığı; Isı Taşınımı Denklemi; Amplitüt, Isısal Yayınım; Sönme Derinliği; Gecikme Zamanı

This study is carried out in a field covered with grass (I. experimental field) and another field covered with peach trees (II. Experimental field) in Çarşamba district of Samsun. The soil temperatures of each 10 cm from soil surface to 100 cm depth were measured daily in the experimental fields at 700, 1200, 1800 hours between august 21 and september 19, 2011. Some thermal properties of soils such as; daily soil temperature changes and due to these changes amplitude, damping depth, retardation time, heat diffusivity, and comparison between theoretical soil temperatures estimated from the solution of heat transfer equation and daily measured soil temperatures were investigated. In the I. and II. experimental fields, daily soil temperatures measured at 0-50 cm soil depth at 700, 1200 and 1800 hours were 16.5-24.0; 21.0-34.0; 19.5-27.0°C and 16.5-23.0; 19.0-27.5; 19.0-24.8°C, respectively and that measured at 50-100 cm soil depth were 19.1-23.0; 21.0- 25.5; 19.2-25.0°C and 18.9-22.0; 19.2-24.5; 19.0-24.0°C, respectively. Generally, changes in soil temperatures were less near the soil surface and much less in deeper soil layers (>50 cm). Amplitude values in the I. experimental field were 2.03-5.60ºC at the soil surface and between 0.90 and 3.07ºC at the layers deeper than 10 cm, they were 1.97-2.77ºC at the soil surface and between 0.94 and 2.46ºC at the layers deeper than 10 cm in the II. experimental field. Mean heat diffusivity in 0-100 cm soil depth were determined between 0.0835 and 0.8830 cm2 sn-1in the I. experimental field, and between 0.2578 and 1.9692 cm2 sn-1in the II. experimental field. Mean damping depth and retardation time in 0-100 cm soil depth were found between 0.45 and 1.45 m and between 1.47 and 4.46 h, respectively in the I. experimental field, and between 0.77 and 2.30 m and between 0.96 and 3.00 h, respectively in the II. experimental field. The relative error between soil temperatures estimated from the solution of heat transfer equation and daily measured soil temperatures were determined between 0.015 and 0.089. Key words: Soil temperature, heat transfer equation, amplitude, heat diffusion, damping depth, retardation time.