FDR自动土壤水分数据标定问题及解决方法

针对目前FDR自动土壤水分数据可用性低的实际情况,本文从FDR自动土壤水分站传感器原理出发,结合数据处理流程与方法对湖南60个站点不同层次的标定参数及部分站点的相关观测数据进行了分析,指出目前田间标定法在自然条件下几乎无法得到覆盖土壤各个湿度区间的均匀样本数据,导致二次标定参数不合理是造成FDR自动土壤水分站数据可用性差的根本原因。二次标定方程参数不合理主要表现为方程斜率过大、过小、负值3种情况,导致观测数据增幅过大、常年不变、与实际土壤湿度变化趋势完全相反等问题。最后针对该问题提出了大样本原状取土,实验室标定的解决方法,并对方法进行了初步验证,结果表明该方法能从源头上有效改善土壤水分站观测数据质量。     

基于FDR原理的冻土测量方法

在我国地面气象观测中,冻土的自动观测一直未能实现,为了解决这一问题,本文基于频域反射(Frequency Domain Reflectometry,FDR)测量原理,通过测量土壤介电常数变化实现冻土测量的方法,设计了一种基于平面电容传感器分层检测冻土的传感器,土壤冻结时,其内部水分会相变为冰,水的介电常数远大于冰,利用水冻结相变后引起介电常数急剧变化的特性,建立了基于土壤介电常数、地温反演冻土的数学模型,并进行了典型土壤实验室冻结试验及外场对比观测试验,结果表明:冻土传感器能正确分辨土壤冻结状态,测量数据与人工观测趋势一致,相关系数可达0.99以上,平均测量误差小于3cm,基于介电特性的冻土传感器可以准确连续测量土壤的冻结深度及其生消变化。     

两种土壤水分监测仪测墒精度的比较

对江苏省无线电研究所生产的TDR型土壤水分监测仪、中电集团27所和河南省气象科学研究所研制的FDR型土壤水分监测仪监测结果同烘干称重结果进行对比分析,结果表明:TDR、FDR都具有快速、方便、不扰动土壤的优点;但TDR测量的精度受限于测量时间t,投入试运行以来未经订正,误差较大;FDR能获得土壤水分的连续曲线,校正简单,订正后测量精度明显提高。     

土质对FDR水分传感器拟合参数影响的试验研究

通过制作人工土柱的方法,对壤土、黏土、砂土等土质进行FDR(Frequency Domain Reflectometry)水分传感器拟合标定试验,分析了传感器频率与土壤水分之间的关系,以及不同质地土壤对传感器标定参数的影响。数据分析结果表明:FDR土壤水分传感器感应频率随土壤体积含水量的增加而单调减小,具有很好的相关性,不同的土质对土壤水分传感器标定参数影响较大,黏土测试的传感器归一化频率范围在0.64~0.94之间,壤土测试的传感器归一化频率范围在0.4~0.86之间,砂土测试的传感器归一化频率范围在0.3~0.94之间,土壤按类别进行标定比集中标定的效果更好。分析结果对土壤种类复杂地区的自动土壤水分观测仪精细化标定具有一定指导意义。     

Soil water content and salinity determination using different dielectric methods in saline gypsiferous soil / Détermination de la teneur en eau et de la salinité de sols salins gypseux à l'aide de différentes méthodes diélectriques

Abstract

Measurements of dielectric permittivity and electrical conductivity were taken in a saline gypsiferous soil collected from southern Tunisia. Both time domain reflectometry (TDR) and the new WET sensor based on frequency domain reflectometry (FDR) were used. Seven different moistening solutions were used with electrical conductivities of 0.0053–14 dS m^?1. Different models for describing the observed relationships between dielectric permittivity (K _a ) and water content (θ), and bulk electrical conductivity (EC _a ) and pore water electrical conductivity (EC _p ) were tested and evaluated. The commonly used K _a –θ models by Topp et al. (1980) and Ledieu et al. (1986) cannot be recommended for the WET sensor. With these models, the RMSE and the mean relative error of the predicted θ were about 0.04 m³ m^?3 and 19% for TDR and 0.08 m³ m^?3 and 54% for WET sensor measurements, respectively. Using the Hilhorst (2000) model for EC _p predictions, the RMSE was 1.16 dS m^?1 and 4.15 dS m^?1 using TDR and the WET sensor, respectively. The WET sensor could give similar accuracy to TDR if calibrated values of the soil parameter were used instead of standard values.     

基于FDR的土壤水分探测系统与应用

根据中国气象局对农业气象观测的要求,采用频域反射技术(Frequency Domain Reflectometry,FDR)设计开发了一套土壤水分探测系统。系统共包括传感器测量、数据采集和远程数据管理等几个部分。FDR测量原理建立在传输线理论和谐振电路的基础上。数据采集部分充分考虑了信号的抗干扰能力以及纠错措施。系统采用无线通信模式将测量数据传送到中心数据库,并使用互联网将数据发送到各个用户。运行结果表明该系统能够连续稳定地测量,经过订正之后的数据与烘干法测量结果接近,误差小于2%,满足农业气象观测的需要。     

FDR在高寒草地土壤水分测量中的标定及其应用

FDR(Frequency Domain Reflectometry)———频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器,这是一种利用电磁脉冲方法,根据电磁波在介质中传播速度来测试介质的介电常数从而测定土壤水分的仪器。通过介绍FDR系统在高山草甸土上的校正结果,研究表明,野外校正比较符合实际情况,可以作为青藏高原地区高山草甸土进行FDR校正的参考。由于具有快速、准确等优点,能自动、连续地监测土壤含水量,FDR是一种值得推广的土壤水分测定仪器。     

FDR型岩土多层含水量监测仪的研究

岩土层含水量的变化是诱发滑坡、泥石流地质灾害最为重要的因素之一,以往采用的张力计法、电阻法、中子法、电容式、γ—射线法、光学测量法和TDR法等测量原理,分别存在精度不高、对人体危害大或受天气影响大和电子线路造价昂贵等缺点。而FDR型滑坡体岩土层多层含水量自动监测仪采用电磁波频域反射（简称FDR）管式含水量传感器进行监测,通过含水量无线通讯采集监测仪进行远程数据采集并无线传输。滑坡体岩土层多层含水量自动监测仪具有体积小、测程大、响应速度快、灵敏度高、精度高、耐腐蚀和抗潮等特点,推动了地质灾害预警监测技术的进步。     

温度对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究温度对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的两种土壤水分传感器TDR-3和PR2,在环境温度范围为5～60℃条件下,对南京地区的粘性土土样进行了土壤体积含水量测试分析.结果表明:基于FDR技术的土壤水分传感器测量土壤水分时存在明显的温度效应,两种传感器所测的体积含水量与温度之间均呈线性递增关系,TDR-3的温度修正系数范围为0.2%～0.3%(v/v)·℃-1,PR2的温度修正系数范围为0.1%～0.2%(v/v)·℃-1.研究成果对于提高FDR测量结果的可靠性具有重要意义.     

两种土壤水分监测仪测墒精度的比较

对江苏省无线电研究所生产的TDR型土壤水分监测仪、中电集团27所和河南省气象科学研究所研制的FDR型土壤水分监测仪监测结果同烘干称重结果进行对比分析，结果表明：TDR、FDR都具有快速、方便、不扰动土壤的优点；但TDR测量的精度受限于测量时间t，投入试运行以来未经订正，误差较大；FDR能获得土壤水分的连续曲线，校正简单，订正后测量精度明显提高。