自动土壤水分观测资料应用误差分析

根据从国家气象信息中心实时资料数据库读取的自动土壤水分监测资料,对比同日人工测定的土壤相对湿度数据,发现白天各时次自动监测数据与人工监测数据之间均存在15%左右的差异。具体针对监测仪器自身的结构特点以及中国气象局的业务要求,从两种监测方法自身的监测地段代表性、数据测量和换算、监测土层深度、监测时间、土壤水分常数测算、土壤结构变化等多种角度分析数据间存在差异的原因;认为多种可以估算的差异"叠加"在一起时,对比差异最大可能达到20%左右,加上其他误差因素的影响,实际应用中出现15%左右的差异是可以解释的;选择较长序列的站点实测资料进行了数据差异的实况分析。结合业务中常用的墒情等级判断指标,分析数据差异对客观判断构成的数据干扰和数据损失。建议直接利用体积含水量进行业务应用分析,探究全新的自动土壤水分监测数据应用方法,在具体应用中建立相应的指标体系或指标模型,充分发挥自动土壤水分监测的优势。     

一种自动土壤水分数据质量控制预警方法

根据实时业务中传输的自动土壤水分监测数据的变化规律,对监测数据异常波动产生的异常值进行预警;通过观测值间相互关系推算相应的土壤水分常数,近似确定土壤孔隙度、最大吸湿水含量,以此确定土壤水分理论上下限并据此开展监测值的上下限预警;参考土壤含水量与水势之间的变化关系,提出水势系数的概念,直接利用计算的水势系数进行土壤水分层间变化的预警等3方面对自动土壤水分监测数据进行质控预警,并针对业务应用设计了相应的预警方案,可实时、有效地检测出异常值。从该预警方案的预警效果分析上看,预警检出率较高主要是"常数预警"和"数值变化预警",反映出小部分自动土壤水分观测站的土壤水分常数异常和部分站点业务运行维护不到位,这与野外实地考察的结论相吻合。预警效果较为客观、可靠,适用于各级土壤水分数据检测和分析服务等业务。     

自动土壤水分观测准确性研究

从理论上分析自动土壤水分观测与人工取土土壤水分观测存在误差的原因及修正办法,为自动土壤水分观测资料的应用提供一种指导方法。     

自动土壤水分观测站业务化检验分析

土壤水分监测对农业生产和科学研究都具有重要意义,自动土壤水分观测数据得到了广泛应用,实现了土壤水分的自动监测。通过对天津新建DZN3型自动土壤水分观测站业务化检验过程进行介绍,分析了自动观测数据的到报率和土壤常数的测定,并对人工与自动观测数据做了详细的对比分析,通过两个实例分析了对比检验的方法,确定了能够业务化运行的自动土壤水分观测站,分析了站点未通过检验的原因,并对重新进行业务化检验的站点和日常维护提出了建议,介绍的方法为今后开展相关业务化检验奠定了基础。     

江苏省自动土壤水分观测与人工观测对比分析及应用

利用2010年江苏省20个土壤水分站的自动站与人工观测资料,分析了自动站与人工观测的对比差值、相关系数和各自的方差等.结果表明:人工观测值平均高于自动站观测值,两者在浅层的平均差值最小,相关性最好.随着土壤深度的加深,人工与自动观测对比差值增大,相关性减小,在出现强降水时尤为明显.在有效降水较少时,各层人工观测方差均明显大于自动站观测.自动站观测方差在浅层为最大,随深度的加深而明显降低,因为受降水影响很小,而表现比较稳定.人工观测却受降水影响相对较大,方差平均值在各层表现波动均较大,在较深层波动更明显.最后通过多元线性回归方法,以六合站为例初步建立了土壤干旱预报模型并检验其预报能力.     

四川地区自动土壤水分站数据质量控制方法研究

本文利用各类人工、自动土壤水分资料,统计得到不同层次土壤水分各观测要素的气候极值和时变阈值,研发了适用于四川地区自动土壤水分资料的质量控制方法,具体包括站点参数信息检查、数据缺测检查、体积含水量界限值检查、气候极值检查、时间一致性检查(时变检查和持续性检查)。并对2014年21个自动土壤水分站218个S文件进行了检查测试,检查数据约500万个,质控结果显示,数据缺测约占总数据量的1.6%,超过气候极值数据约占总数据量9%,未通过时间一致性检查的数据约占0.5%,超出体积含水量界限值的数据约占0.3%。在所有疑误信息中,超过气候极值所占比例最大,土壤水分各要素历史气候极值有待进一步完善。      

济阳自动与人工土壤水分观测数据对比分析

采用对比差值和相关系数分析等方法,利用济阳2010年2月23日至2010年12月8日期间,DZNl型自动土壤水分观测站与同地段人工观测的土壤相对湿度资料进行统计分析,结果表明：人工观测的数据反映的土壤水分变化波动较大,自动站观测的土壤水分相对平缓。在0～20cm土层一致性表现好,40～50cm土层表现较差。0～10cm,10～20cm,20～30cm土层和70～80cm,90～100cm土层人工观测值高于自动站测值,30～40cm,40～50cm,50～60cm土层人工观测值低于自动站测值。分析结果为评估DZNl型自动土壤水分观测仪的监测提供客观依据。     

中国自动土壤水分观测资料质量控制方法设计与效果检验

土壤湿度资料对气候变化、农业干旱监测、农业气象预报与服务等研究具有重要意义,为剔除土壤湿度观测资料中的异常数据,本文提出了一套适用于全国自动土壤水分观测资料的质量控制方法。首先,以2014年全国自动土壤水分观测资料为基础,根据资料中异常数据的特征将异常数据分为四类。其次,从界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等方面提出:异常极值检查、异常增大检查、异常减小检查、异常恒定检查四类方法。最后,利用2014—2015年全国观测资料以及中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤体积含水量数据集产品(V2.0)对各检查方法应用效果进行检验,结果表明:(1)四类检查方法均可判断出自动土壤水分观测资料中的疑误数据;(2)四类检查方法的判定结果在时间连续性及空间分布上具有一定的一致性;(3)该质量控制方法可减小观测数据与CLDAS数据之间的均方根误差(RMSE)。目前,该方法已应用于我国气象资料处理业务系统。     

山东省自动土壤水分观测数据文件下载软件

介绍了山东省土壤水分观测数据下载软件的开发技术及主要功能。重点介绍了利用VB6．0语言开发山东省土壤水分观测数据下载软件的流程、FTP协议、API函数的应用．以及软件的多站号自动下载、人工批量下载、格式检查等功能。     

人工与自动土壤水分平行观测资料对比分析

采用对比差值、差值概率和相关分析等方法对南城2005年9月8日至2007年1月28日期间HYA-SF型土壤水分自动监测站与人工平行对比观测的土壤湿度资料进行统计和一致性分析。结果表明,人工与自动观测资料的一致性在40 cm、50 cm土层表现最好,在5 cm、10 cm土层表现相对最差;总体上自动观测值高于人工观测值,二者数据差异在少雨或干旱季节常小于多雨季节;对比观测时段内人工与自动观测数据序列的相关性在各层均表现为显著,多项式回归趋势基本能反应土壤含水量的变化趋势。分析结果可为评估HYA-SF型土壤水分自动站的监测能力提供客观依据。     

云南省自动气象站土壤湿度数据质量控制

土壤湿度是控制陆地和大气间水分和能量交换过程的重要变量,而自动气象站观测是获取地表土壤湿度的主要手段。地表自动气象站观测的准确性能够直接影响其应用效果,因此, 开展自动气象站土壤湿度质量控制分析具有重要意义。基于2010—2014年云南省37个自动气象站土壤湿度数据,采用谱分析方法,以观测值及其Savitzky-Golay二次导数的平均值、均方差、变化率等统计量为判据,筛选剔除了观测数据中的随机噪声、异常峰值和异常平稳值。结果表明:云南省自动气象站观测数据均有缺测,两种异常值中,异常平稳值占绝大部分。与降水时间序列对比发现,不同降水强度下各层土壤湿度变化存在一定差异,砂质土站点对降水的响应最为明显,黏质土站点雨后土壤湿度变化幅度最小。     

DZN3型土壤水分自动站测墒质量分析

对2011年3-7月28次DZN3型土壤水分自动站与人工土壤相对湿度观测资料进行质量对比分析,结果显示:自动站观测数据与人工观测数据相比普遍偏小,30 cm土层数据偏差最小,20、40、50 cm土层次之,10、60、80、100 cm土层偏差较大;10、20、80、100 cm 4个土层自动站相对湿度演变趋势与人工测值较为接近,相关性较好;自动站土壤水分传感器对土壤水分变化敏感程度较低,其相同土层土壤相对湿度波动振幅小.分析结果可为评估DZN3型土壤水分自动站的监测能力及监测数据订正与应用服务提供客观依据.     

云南土壤水分自动站观测值的业务化检验及其标准

按照土壤水分自动站业务化检验标准对云南2010年建立的20个土壤水分自动站观测值进行了业务化检验,其中17个站点通过业务化检验。为评估业务检验合格站点的数据质量,对检验时段人工对比观测数据进行分析,由于检验时段多分布在雨季,大部分土壤层观测数据的样本标准差较小,导致检验后干季时的土壤自动站与人工观测结果误差较大。将各站点的土壤体积含水量绝对误差转换成土壤相对湿度误差后,土壤相对湿度误差值大于等于10%的土层占有效检验总数的24.4%;误差值小于6%的只占总数的41.2%。分析认为当前土壤水分自动站业务化检验的评判标准值得商榷和论证。     

南宁土壤水分站自动监测土壤湿度数据质量分析

通过人工对比观测数据与南宁土壤水分站自动监测数据的对比分析,认为虽然自动监测数据不是很准确,存在一定的系统误差,但除30~40cm土壤层次外,其余土壤层次自动监测数据与人工对比观测数据具有比较一致的变化规律,两者间有较明显的直线正相关,可见自动监测数据经过一元相关方程的订正可趋于准确,可以使用。与此同时给出了各土壤层次自动监测数据的订正模式。     

不同土壤类型及测定距离下人工与自动站土壤湿度差异分析

为研究不同土壤类型、不同测定距离下人工及DZN2型自动站土壤湿度的差异,在河南省泛区、鹤壁、许昌三个试验点选择代表性较强的砂土、粘土和壤土三种土壤类型为研究对象,于2013年、2014年在冬小麦全生育期分别距离自动站探头140—150 cm、100—110 cm位置人工取土,进行土壤湿度差异分析。结果表明:在冬小麦生育期内,人工与自动站所测土壤湿度的差值粘土最小,壤土的次之,砂土的最大,粘土、壤土播种时差值最大,砂土中最大差值出现在抽穗前。差值随土壤深度的垂直变化,总体表现为砂土波动范围最大,壤土、粘土的相对较小。在10—30 mm降水后,三种土壤类型差值均有不同程度的增加,其中砂土中差值增加最大;降水量在30—50 mm后,粘土和壤土的差值较小,砂土的差值较大。三种土壤类型下,人工取土点距离自动站探头150 cm以内,总体差异不显著。     

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。     

中国自动土壤水分观测网运行监控系统建设

运行监控系统是全国自动土壤水分观测网观测数据分析和观测设备维护保障的实时业务平台,系统建设是全国自动土壤水分观测网建设的重要组成部分。系统采用C/S与B/S相结合的方式设计,总体功能包括设备运行状态监控、探测数据质量监控、探测产品分析显示、维护维修管理、站网信息管理和综合分析评估等6个功能模块。从系统结构、系统实现的主要功能以及系统建设所采用的关键技术等方面全面介绍中国自动土壤水分观测网运行监控系统的建设情况。     

不同模式误差方案在集合Kalman滤波土壤湿度同化中的比较试验

本文主要目的是探讨不同模式误差方案在土壤湿度同化中的性能。基于集合Kalman滤波同化方法和AVIM (Atmosphere-Vegetation Interaction Model) 陆面模式, 利用理想试验对膨胀因子方案 (Covariance Inflation, 简称CI)、 直接随机扰动方案 (Direct Random Disturbance, 简称DRD)、 误差源扰动方案 (Source Random Disturbance, 简称SRD) 等3种模式误差方案的同化效果进行了比较, 讨论了各方案在不同观测误差、 观测层数、 观测间隔情况下的同化性能。试验结果表明在观测误差估计完全准确的情况下, 3种方案都能获得较好的同化效果, 并且SRD方案相对于真值的均方根误差最小。当观测误差估计不准确时, SRD方案的同化效果仍能基本得以保持, 而CI和DRD方案则对观测误差估计更为敏感, 同化效果下降明显。当同化多层观测时, CI和DRD方案由于难以保持不同层观测之间的匹配关系, 同化结果反而变差, 而SRD方案能有效协调同化多层观测, 增加观测层后同化结果有了进一步的改善。当观测时间间隔较大时, CI和DRD方案的同化效果显著下降; 而SRD方案由于包含了一定的误差订正功能, 在观测稀疏时仍能保持较好的同化效果。