# 站点耦合实验室：模型与证据

版本：jiamo-coupled-run/2.0。定位：未校准的站点情景筛查，不是施工设计、排放清单或原生 CLM5 计算。

## 数据核查结论

- 原图 13 个点位均与 OVOBJ 二进制坐标及提取 CSV 对应。EPSG:4326 为现用约定，仍需测绘确认。点位连接顺序由几何排序产生，不是实测管道中心线。
- NASA POWER：13 点分别复核 8 变量及 12 月/年均值；当前快照时期为 2001–2020。保留响应 URL、抓取时间、原单位与 SHA-256。太阳辐射原值为 MJ/m²/day，除以 3.6 后才是 kWh/m²/day。模型当前实际使用气温与降水；其余变量供资料核查，未宣称全部参与方程。
- SoilGrids：130 个均值字段、SOC/全氮的 52 个分位数字段已重新请求源服务。SOC /10、全氮 /100、容重 /100、OCS /10 等换算依据官方文档。0–5 cm 浓度与 0–30 cm 碳储量不可混为相同深度。
- Terrarium 高程由本地瓦片重新读取。2 km 范围改为圆域，500 m 间隔共 49 样点；不等于高精度工程 DEM。历史地震是已有目录快照，未在本轮声称重新审核全部事件。
- 周边 OSM 查询失败项保留缺失，不作为零要素。
- 两份原始工作簿重汇总得到 5 个区域参考站、20 个剖面、538446 个有效温度值。96 个超出 −80 至 60 °C 的值隔离，不据此断言仪器故障。XA-B-II 的站点身份不明确，禁止自动归并为 JB。
- 原图 13 点尚无被确认同址的现场时间序列。参考站距离不等于站点身份。近 20 m 传感器保留真实埋深，不把 10 m 或 15 m 数据标为 20 m。

核查细节：`../audit/audit-report.json`；源响应：`../audit/raw/`；原始观测与月度汇总：`../observations/`。

## 水热模型

计算域为地表以下 0–20 m，41 个节点，0.5 m 网格，1 日步长，默认 3 年无管道预热 + 1 年运行。采用隐式有限差分，Numeric.js LU 解线性系统。每一步冻结上一时间步的热物性，没有进行非线性迭代或收敛阶验证。

`C_app dT/dt = k d²T/dz² + H(z)(T_pipe − T)`

`f_liquid = 1 / (1 + exp(−T/0.35))`

`C_app = C_v + 1000 × 334000 × theta_ice × f(1−f)/0.35`

导热系数为 `k_input × (1 + 0.25(1−f))`。密度 1000 kg/m³、融化潜热 334000 J/kg 为计算常数；相变宽度与冻融导热倍率均为简化假设。

管道热交换系数 `H = 1.5 exp(−((z−z_pipe)/0.7)²)/(1+insulation/0.035)`，单位 W/(m³ K)。0.7 m 扰动尺度、1.5 系数与 0.035 m 保温尺度是待标定参数化选择，不是对实际圆柱传热的严格解。保温热源不等同于显式保温层网格。

地表由月气温线性插值、地表偏移和冬季积雪保温偏移组成。底部向上地热通量默认 0.05 W/m²，不是本站实测热流。气候逐年重复，增温情景叠加，不代表实际年份预报。

水分为 0.5 m 土层水量桶。地表高于 0 °C 时降水进入桶，排水、经验蒸散和超孔隙率径流扣除。不求解 Richards 方程，不积累雪水当量，不模拟融雪或热平流。水量闭合仅针对这个桶及其已计入的入流。

融深是与表面连通的 T>0 区域厚度，月值为该月最大值，温度剖面为该月平均值。两者不必拥有相同的零度交点。达到 20 m 时结果截断；不能据此认为深层全融或差异融沉为零风险。

## 观测约束

默认不使用区域参考站约束。明确选择后，仅在具有完整 12 月数据且处于传感器深度范围内的节点，施加每日 `0.75 T_model + 0.25 T_reference` 松弛。它是剖面敏感性试验，不是经过统计标定的数据同化；会引入未显式计量的热量，不能据此宣称能量守恒。

导入的本站观测要求站点编号、坐标（100 m 内）和记录格式一致；这是身份初筛而非测绘认证。重复日期深度、非法温度/深度拒绝。原始记录保留在项目导出中。模型约束与独立验证必须采用不同观测集。

## 工程力学

`EI w'''' + k_f(w − w_soil) = q`

80 m 管轴、41 节点的 Euler–Bernoulli 梁，Winkler 线弹性地基，自由端自然边界。`I = pi(D⁴−(D−2t)⁴)/64`；荷载取 `q = pressure × diameter`。地基位移为以管轴中心为峰值的高斯形状，幅值等于新增融深 × 体积含冰率 × 0.3。形状宽度和 0.3 系数均需实测约束。

弯曲应变为 `D|w''|/2`，弹性应力为 `E epsilon`。未求解塑性、屈曲、疲劳、内压、接触滑移、蠕变或规范组合。数据中的自由热应变仅为辅助量，不直接加作约束应力。无管热源对照仍保留设定机械荷载，并非无工程自然场地。

## 碳氮过程

移植用户提供的 `process_cn_model.py` 的双碳库、Q10、含水率/厌氧调节及矿化、硝化、反硝化、淋失链。不是完整 CLM5，也不计算 GPP、植物呼吸、FUN、植被分配或 NEE。

0–30 cm 总 SOC 采用 SoilGrids OCS。全氮由表层 SOC:TN 质量比推算到该储量，属于深度迁移假设。活性/慢速库分配为先验。0.3–15 m 的其余 6 层及无机氮初态默认全部关闭；启用后使用研究代码先验，而非本站深土数据。

日分解：`Delta C = C_pool (1 − exp(−k fT fW))`。非冻结 Q10 相对于 10 °C；冻结时使用低温衰减项。分解按厌氧比例分为 CO2-C 和 CH4-C；有机氮矿化进入 NH4，随后硝化/反硝化并淋失 NO3。无微生物显式库、氮固定、植物吸收或 CH4 氧化。

修正原过程代码的硝化重复计量：从 NH4 移出的硝化氮，先扣除硝化 N2O-N，再形成 NO3；反硝化分别输出 N2O-N 和 N2-N。

碳与氮统一按单位面积元素质量核算，CO2-C、CH4-C 为 kg C/m²，N2O-N 为 kg N/m²。换为气体质量需要各自乘 44/12、16/12、44/28；本系统未自动计算 CO2e。

## 三维与专业软件

原软件复制到 `../engineering/`，没有修改原提供目录。复用工程构筑物、Three.js、OrbitControls、探针、测距和剖切。适配层以本站月温度剖面、含冰率输入、融深和梁地基结果替换相应读数；隐藏原经验风险/承载指标。横向地层和构筑物仍是示意，空间上铺开的同一温度柱不代表已经完成三维有限元。

GIS Flyover 使用本地 Esri 影像与 Terrarium 网格，不是 Apple 城市倾斜摄影。未覆盖区域不能生成同等精度的地景。

专业软件导出格式 `jiamo-native-solver-job/1.0` 包含坐标、气候、土壤、地形、参数、观测、筛查输出和单位约定。它是中间任务格式，不是可直接运行的 COMSOL MPH、Abaqus INP 或 OGS PRJ。需要单位网关适配器完成网格、边界、材料与原生输入转换。

内网网关使用 POST JSON，成功响应应返回任务编号等 JSON。HTTP 2xx 只表示提交成功，不表示求解完成。网关须配置 CORS、身份鉴别、权限和结果回传；当前前端不绕过这些限制，不包含商业软件许可证。全原生 CTSM/CLM5、ELM、CryoGrid、OGS/COMSOL 等本轮均未实际执行。

## 验证与复现

`node tests/model.test.cjs` 检查 13 站坐标/单位、C/N/水量收支、非负库存、深层关闭、热源与保温敏感性、零反应及梁的零/均布荷载。守恒是数值一致性，不是实测准确度证明。

`qa_platform.cjs` 在禁用外网请求下检查桌面、手机和直接打开 HTML 的地图、模拟、图像、三维、Flyover、导出及页面溢出。截图和报告位于 `../qa-v2/`。

尚需：网格/步长收敛、热能收支、独立求解器基准、本站实测校准与留出验证、参数不确定性传播。未经这些工作，不可用于工程定案或宣称测得了本站排放。

## 依据

- [NASA POWER Climatology API](https://power.larc.nasa.gov/docs/services/api/temporal/climatology/)
- [SoilGrids 单位与土层定义](https://docs.isric.org/globaldata/soilgrids/SoilGrids_faqs_01.html)
- [Li et al., 2022, Earth System Science Data](https://essd.copernicus.org/articles/14/5093/2022/index.html)，DOI: 10.5194/essd-14-5093-2022；数据 DOI: 10.11888/Cryos.tpdc.272357。
- [CLM5.0 Technical Note](https://escomp.github.io/CTSM/release-clm5.0/tech_note/Introduction/CLM50_Tech_Note_Introduction.html)，用作完整过程框架对照，不作为已实现完整模型的证明。
- 用户申请书图件第 12、13、14、15、26 页；原过程模型和模型卡随方法库保留。
- Numeric.js 1.2.6，本地数值库，MIT 许可，见 `../vendor/NUMERIC_LICENSE.txt`；原三维组件说明见 `../engineering/THIRD_PARTY_NOTICES.md`。

外部链接仅用于查阅出处，运行模型无需访问。