土壤水分测量方法适用性综述

土壤水分是研究土体工程学、农学、地质学、生态学、生物学和水文学等特性的重要参数。不论实验室测量还是现场测量,目前土壤水分的测量方法对不同特性的土壤和不同类型水分含量的适用性仍存在争议。本文对目前已经存在的和新兴的土壤水分观测方法及其优缺点进行归纳,综合评述这些测量方法存在的局限性和特性参数对土壤水分测量的影响。同时,着眼于我国气象部门采用频域反射法原理研制的DZN1、DZN2和DZN3三个型号设备,自2009年开展全国土壤水分自动化观测业务以来,设备运行稳定,测量精度和数据质量基本满足业务与服务需求。最后,本文结合我国观测业务现状,分别为业务建设和精确测量土壤水分提出了参考建议。     

中子仪的标定观测方法

中子仪的标定观测方法周建群李素萍（郑州市气象局·４５００６１）中子仪是一种快速、精确、非破坏性且不受土壤中水份的物理状态影响的土壤水份测定工具。中子仪测定土壤湿度是目前比较先进的测量手段,是农业气象观测上将投入业务运行的新仪器。它测定湿度的基本原理是...     

西南雨季监测指标在贵州西部的适用性分析

利用贵州省84个地面气象观测站1981年1月1日—2014年6月30日逐日降水资料,对《西南雨季监测业务规定(试行)》中的西南雨季开始和结束日期监测指标在贵州的适用性进行分析,得到以下结论:贵州西部区域26个地面气象观测站入选为监测站点;贵州西部雨季监测区域(26站)候雨量稳定≥R36和≤R72的时间节点与单站气候平均候雨量稳定≥R36和≤R72的站点数占监测区域总站数百分比≥60%的时间节点相互对应,表明"规定"所推荐的雨季开始、结束日期的阈值界定标准在贵州具有可适用性。从站点出发,贵州西部雨季监测区域(26站)多年气候平均雨季最早开始于黔南西部、毕节东部和安顺南部的5月1候,最晚结束于毕节南部和六盘水北部地区的10月5候;从区域出发,贵州西部雨季监测区域(26站)雨季开始于5月2候,结束于10月4候。     

不同空间插值方法对重庆地区降水的适用性分析

利用中国气象局全国综合气象信息共享平台（CIMISS）提供的1981~2018年重庆地区35个国家气象站逐日降水资料,采用最小曲率插值法、径向基函数插值法、克里金插值法、局部多项式插值法、反距离加权插值法以及改进的Shepard插值法,对平均累计降水、降水极值以及夏季极端降水空间插值模拟结果进行交叉检验。结果表明：空间插值方法在渝西和渝中大部分地区以及长江沿线地区适用性较好,在渝东北、渝东南地区北部以及渝西地区南部的山区适用性较差。对于平均累计降水,各插值方法的均方根误差随着降水量的增加而增大,其中最小曲率插值法整体表现最为稳定,最小曲率插值法在渝东南、渝中以及渝西地区最为适用,径向基函数插值法在渝东北地区最为适用。对于降水极值,量级模拟最好的插值方法为径向基函数插值法,位置模拟最好的方法为最小曲率插值法。对于夏季极端降水,最小曲率插值法插值结果与实况最为接近。     

高分辨率降水资料在西南山地的适用性分析

文章以站点资料为观测场,以多源实况融合及GPM-IMERG降水产品为评估场,计算西南山地范围内降水数据的时间、空间技巧评分,并比较了几套资料在描述降水量及强降水频率方面的适用性。结果表明,在2019年汛期的大部分时段内,实况融合降水产品的空间评分较为稳定。三套资料在盆地西北侧及南部边缘地区时间评分均优于其他地区,但在盆地多云区GPM-IMERG产品的时间技巧评分低于实况快速融合降水数据。从强降水频率的描述上看,实况快速融合降水的空间分布与站点实测资料最为相似,但其反映的强降水频率与实测值相比偏小,GPM-IMERG产品则偏大。从降水量值的描述上看,实况快速融合降水与实况值相比偏小,而GPM-IMERG产品与实况值相比则偏大。     

两种土壤水分测定资料的对比分析

针对中子仪测湿精度问题，利用2年的中子仪测湿资料与相同时期土钻法测湿资料进行比较，统计了两种资料的相对偏差、相关系数和离散系数等特征值，分析了各统计特征值的变化特点和时空分布规律，并探讨了产生差异的原因，其结论可为中子仪测湿精度的提高提供参考和思路。     

GPM反演降水数据IMERG在浙江省的适用性研究

【目的】为了研究全球降水测量计划（GPM）综合多卫星检索降水产品（IMERG）在浙江省的适用性。【方法】以浙江省为研究区域,基于浙江省自动观测站降水数据,利用相关系数、均方根误差、相对偏差、分类指数统计法分别从年尺度、季尺度、月尺度、日尺度以及小时尺度GPM在浙江省的适用性。【结果】（1）春、秋、冬季的GPM和自动站对应效果远好于夏季,月尺度、日尺度、小时尺度下GPM和自动站降水数据对应效果较好,但整体上存在高值区略低估、低值区略高估现象;（2）年尺度与季尺度下GPM与自动站降水平均值的变化趋势一致,但GPM降水平均值较高,其中秋季表现最好;（3）年、月、日3个尺度下,尺度越精细化,相关系数越高、相对偏差越小,均方根误差越小;小时、日、月3个尺度下,降水阈值越低,产品尺度越粗糙,估测能力越高;降水阈值越低,产品尺度越精细,误报降水的比例越低;降水阈值越低,综合探测能力越高;（4）在小时尺度下,在0.5~1 mm·h-1区间,GPM虽然对降水事件略有高估,但拟合效果较好。【结论】综合来看,GPM日尺度降水数据产品精度在浙江省有较大应用潜力。     

CLDAS气温和降水产品在内蒙古地区适用性分析

中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）提供了高时空分辨率的陆面融合数据集,为精细化气象服务提供了重要的数据支撑,而数据的适用性评估是开展数据应用的重要基础。基于国家气象信息中心CN05.1格点观测数据和内蒙古119个国家级气象站观测资料,对CLDAS的2 m平均气温和降水产品在内蒙古地区的适用性进行检验评估,并与欧洲中期天气预报中心的ERA5(The Fifth Generation European Centre for Medium-range Weather Forecasts Re-Analysis)和英国的CRU TS(Climatic Research Unit gridded Time Series)再分析资料进行对比分析。结果表明：三种数据集均能很好地反映内蒙古年降水量和年平均气温空间分布特征,但对内蒙古大部地区降水量存在低估、平均气温存在高估现象,且CLDAS数据集还能够反映地形变化对气温和降水的影响。CLDAS和CRU TS的降水变率空间分布优于ERA5;CRU TS和ERA5的气温线性趋势与CN...     

4种再分析月降水数据在内蒙古地区的适用性分析

利用1981—2020年气象台站的实测降水数据,对CRA40、ERA5、JRA55和MERRA2这4种再分析月降水数据在内蒙古地区的降水分布特征,与实测降水的相关性和误差进行分析。结果表明：(1)内蒙古地区4种再分析降水数据的空间分布与台站降水基本一致,误差分析表明CRA40与MERRA2的数据质量较高,ERA5次之,而JRA55数据质量相对较差。(2)CRA40和MERRA2在1983—1986年存在明显的降水低估,ERA5在2005年之后的内蒙古中东部出现明显的降水低估,JRA55在115°E以东存在明显降水高估,在115°E以西则以降水低估为主。(3)4种再分析月降水数据的年内最大均方根误差和绝对误差均集中在6—8月,与台站降水相关系数的年内最小值均出现在7月,内蒙古夏季汛期是再分析降水误差产生的主要时段。     

烘干法和中子仪测定土壤贮水量的对比分析

通过互助1997～2002年中子仪和烘干法测定的土壤0～50cm贮水量变化规律的对比分析得出：在同一气候背景下地形地势相同的不同地段或同一地段的不同田间工作地段测定的土壤贮水量变化特征是一致的；两种方法测定的0～50cm贮水量经过相关性检测，建立回归关系式后可相互代替应用；0～50cm土壤贮水量变化特征，中子仪测定的为上年11月～下年2月（一般为土壤封冻期）贮水量保持在25～27mm间，变化较平稳．6～7月处于谷值阶段，为24mm。3～4月初和9月处于的峰值，为28mm；烘干法测定的土壤封冻期未测定，3～4月初处于最大峰值阶段．为33mm，7月处于谷值阶段，为21mm，9月达次峰值阶段，为25mm。     

春季麦播期土壤墒情预报方法

运用相关系数和逐步回归等统计分析方法 ,建立佳木斯市春季麦播期土壤墒情预报方程 ,试作春季麦播期土壤墒情预报 ,经检验方程合理可用     

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。     

中子仪测定土壤湿度田间标定方法初探

《农业气象观测规范》规定：应用中子仪测定土壤湿度前必须进行田间标定，在实践中发现其标定方法时间局限性强，工作难度大，且存在客观误差，而采用分段标定时间，改变标定地点的方法，有效地解决了上述不足。     

中国不同气候区土壤湿度特征及其气候响应

为获得中国不同气候区各层深度土壤湿度变化特征及其对气候变化的响应,利用中国区域台站观测土壤湿度资料、降水及气温资料,采用趋势、相关性分析及突变检验等方法,讨论了东北、河套、江淮区域1981~1999年不同深度土壤湿度变化特征及其对气温、降水的响应。结果表明:东北、江淮地区为土壤湿度高值区,河套地区为土壤湿度低值区,土壤湿度由浅层至深层呈上升趋势;东北、河套地区降水和土壤湿度变化呈正相关,江淮地区降水和土壤湿度呈负相关;东北、河套地区气温和土壤湿度变化呈负相关,江淮地区气温与土壤湿度呈正相关关系。土壤湿度对降水的响应比对气温变化的响应更加显著。     

郑州市夏玉米生长季土壤水分变化特征分析

利用线性趋势估计、Mann—Kendall检验等方法对1981—2010年郑州市夏玉米生育期内土壤湿度的年际及垂直变化特征进行了分析,结果表明：近30a来郑州地区夏玉米生长季土壤水分呈显著的下降趋势,0—40cm、40—100am下降速率分别为-3．34％／10a和-5．94％／10a;0—40em在1986年形成一个突变点,40一100CIYI在1998年形成一个突变点,突变点后土壤湿度下降明显;夏玉米生育期内,土壤湿度随生育进程的推进不断增加,到乳熟期后维持在较高水平,同一生育阶段由浅及深各层土壤湿度变异系数逐步减小;各层次土壤湿度的垂直分布基本呈现上干下湿的状态,各生育阶段各层土壤湿度多表现为乳熟期的〉抽雄期的〉拔节期的〉出苗期的。     

过程降水与土壤水渗透深度试验分析

在田间试验基础上，统计和分析了长治县过程降水量与不同土壤类型土壤水分渗透深度的关系，为山西省各县湿土层厚度的分析与预测提供了科学依据。     

Evaluating the Capabilities of Soil Enthalpy,Soil Moisture and Soil Temperature in Predicting Seasonal Precipitation

Soil enthalpy(H) contains the combined effects of both soil moisture(w) and soil temperature(T) in the land surface hydrothermal process. In this study, the sensitivities of H to w and T are investigated using the multi-linear regression method.Results indicate that T generally makes positive contributions to H, while w exhibits different(positive or negative) impacts due to soil ice effects. For example, w negatively contributes to H if soil contains more ice; however, after soil ice melts,w exerts positive contributions. In particular, due to lower w interannual variabilities in the deep soil layer(i.e., the fifth layer), H is more sensitive to T than to w. Moreover, to compare the potential capabilities of H, w and T in precipitation(P) prediction, the Huanghe–Huaihe Basin(HHB) and Southeast China(SEC), with similar sensitivities of H to w and T,are selected. Analyses show that, despite similar spatial distributions of H–P and T –P correlation coefficients, the former values are always higher than the latter ones. Furthermore, H provides the most effective signals for P prediction over HHB and SEC, i.e., a significant leading correlation between May H and early summer(June) P. In summary, H, which integrates the effects of T and w as an independent variable, has greater capabilities in monitoring land surface heating and improving seasonal P prediction relative to individual land surface factors(e.g., T and w).     

黄淮平原不同土壤类型不同作物的土壤墒情指标研究

利用多年多点高密度、大样本,不同土壤类型、不同作物和不同发育阶段10~50 cm土壤测墒资料及多年冬小麦、夏玉米生理观测资料,用建立回归方程、最优分割法、点图法、保证率法、平均值法等多种统计方法集成,并考虑土壤水分对作物生理的影响,得出6种土壤类型冬小麦和夏玉米2种作物4个主要发育阶段的重旱、轻旱、适宜、偏湿4个土壤墒情等级指标。把确定的指标,输入到卫星遥感墒情监测系统的指标模板中,可提供更接近实际、宏观的遥感土壤墒情分布情况和作物受旱面积。     

一次强降水模拟中土壤湿度初值的影响研究

为了分析WRFV3.3.1模式中土壤湿度初值对降水模拟的影响,在4个陆面方案的分析对比基础上,采用中国区域土壤湿度同化系统（CLSMDAS）输出的土壤湿度替换模式初始场中的土壤湿度,对2010年6月19日江西出现的一次强降水过程进行模拟,分析改进后的土壤湿度初值对模式模拟降水的影响。结果表明,耦合Noah方案的模拟结果要优于SLAB、RUC、PX方案;通过对比试验发现CLSMDAS输出的土壤湿度初始条件下的模拟结果比NCEP资料的模拟结果更接近于实况,能够很好地模拟出24 h累积降水的范围与强度,对应地表能量的响应也更为明显,表现出很好的区域波动性,能够捕捉到细节降水信息,且统计检验结果中各量级降水的TS评分基本都要高于NCEP土壤湿度初值条件下的结果,空报率、漏报率和预报偏差进一步减小,说明准确的土壤湿度初值能够提高模式的模拟预报能力。     

淮北平原麦田机械化农事活动土壤湿度和降雨量指标

为确定麦田机械化农事活动实施的气象指标,利用多年农事活动与同期降水和土壤湿度观测记载资料,采用数理统计方法,确定了安徽淮北平原麦田主要机械化农事活动的土壤湿度和降雨量指标。结果表明,麦田适宜整地（施肥）、播种和收获活动的土壤相对湿度指标分别为578%～870%、643%～899%、≤467%。麦田土壤相对湿度在50%和55%时,一次降雨过程结束后,适宜进行整地（施肥）、播种和收获活动的雨量指标分别是10～25 mm、20～25 mm、≤3 mm和3～20 mm、5～25 mm、≤3 mm;麦田土壤相对湿度在70%和80%时,适宜整地（施肥）与播种活动的雨量指标分别为3～5 mm、3～10 mm和3 mm以下、5 mm以下,但麦田土壤相对湿度在80%以上时,发生任何量级的降雨后,均不适宜开展收获、整地(施肥)和播种活动。