土壤水分观测历史数据集奇异值分析与校正

针对中国247个农业气象土壤水分观测站点1981 2010年逐旬土壤重量含水量、逐年田间持水量、凋萎湿度和土壤容重,考虑地区气候特点和土壤质地,依据土壤水分极值和水文常数关系理论,制定了土壤水分观测历史数据集质量控制方法,对土壤水分数据奇异值进行分析与校正。结果表明:土壤水分观测历史资料中,奇异值问题可以归结为人工录入误差、多地段水文常数混用误差和年际变化异常;土壤重量含水量数据异常问题归结为小于风干土含水量和大于理论饱和含水量的极端情况。通过对历史数据集质量控制后,可以对土壤水分观测数据进行有效推广应用,为针对土壤水分的研究提供重要科学基础。     

黑龙江省土壤水分常数的空间分布特征

依据黑龙江省33个农业气象试验站近10年的土壤水分常数资料，综合分析了凋萎湿度，田间持水量，土壤容重的空间变化特征，为进一步客观评价全省土壤水分盈亏状况及进行土壤水分分区奠定基础。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究,提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题,以利做好当前的土壤水分常数测定工作。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究，提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题，以利做好当前的土壤水分常数测定工作。     

DZN3自动土壤水分观测仪的误差分析

对2014年4月8日-11月8日共22次DZN3自动土壤水分观测仪和人工烘干称重法测定的土壤相对湿度资料进行对比分析,结果显示0-20 cm自动土壤水分观测的土壤相对湿度小于人工烘干称重法测量值,20-30 cm自动观测土壤相对湿度最接近人工烘干法测量值,30-50 cm前期自动观测土壤湿度小于人工烘干法测量值,后期自动观测数据大于人工烘干法测量值。可反映出旱涝趋势。     

自动土壤水分观测数据异常值阈值研究

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,计算出各个测站相应的土壤容重、田间持水量、凋萎湿度数据。在具体的业务实践中,参照土壤最大吸湿量数值,将6%作为土壤相对湿度的低值异常阈值;参照土壤饱和含水量数值,将190%作为土壤相对湿度的高值异常阈值;参照土壤水分日变化特点,初步将24 h变化幅度0.1%作为10和20 cm土层土壤相对湿度监测异常的变化阈值。具体分析代表站实测土壤相对湿度随时间的变化幅度,认为在土壤水分上升过程中的小时之间变化幅度应小于土壤饱和含水量（%）与前一监测数据的差值;土壤相对湿度>100%时的下降幅度应小于土壤饱和含水量（%）减去95%;土壤相对湿度≤100%时的下降幅度应小于5%。     

FDR土壤水分传感器原状土壤标定方法研究

为获得测站准确的土壤水分传感器标定参数,利用自动土壤水分站点的大型原状土壤为样本,在实验室同时进行人工称重观测和仪器自动对比观测,得到一系列的人工自动测量数据,以人工称重数据为准对自动土壤水分传感器进行订正。由于采用原状土壤,样本土壤的质地、密度、土壤颗粒和结合紧密度基本没有受到破坏,订正后的自动土壤体积含水量值能更加真实反映台站实际土壤墒情,能够修订人工对比观测期间由于样本空间不足导致的不合理的田间标定方程。     

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。     

基于土壤含水量模拟的贵州山区旱地农业干旱监测方法

针对贵州山区季节性农业干旱,建立基于土壤水分收支的旱地农业干旱监测方法。该方法应用历史逐日平均气温、降水量、日照时数等资料,通过降水有效性订正实现对土壤水分收入的计算,通过构建水分消耗经验公式实现对水分支出的计算,通过对逐日水分收入量和支出量的定量计算,实现土壤含水量的动态模拟。基于土壤水分模拟结果,结合干旱临界指标和土壤凋萎湿度等参数,构建了旱地农业干旱指数,实现干旱等级监测。对比检验结果表明,基于该方法的土壤含水量模拟结果能够反映土壤水分动态变化,构建的旱地农业干旱指数能够反映农业干旱等级,对贵州历史干旱的反演结果与干旱实际发生特征相符。     

宝鸡市旱地土壤蓄水量盈亏值时空变化规律

利用1986—2008年宝鸡市11个气象站农田土壤水分资料,统计分析宝鸡市旱地土壤蓄水量盈亏值的时空变化规律。结果表明:除渭河流域土壤蓄水量略有盈余外,其它地区不同程度处于亏缺状态,亏缺最大值出现在千阳崔家头—陇县八渡一带。平均土壤含水率从7月中旬至次年3月介于凋萎湿度与田间持水量范围内,4—7月初土壤蓄水量亏缺,亏缺最大值出现在6月上旬,最小值在7月上旬。土壤蓄水量盈亏值存在明显的垂直变化。     

周陵塬区土壤水分动态变化研究

一、试验区资料我们在咸阳塬区周陵进行了为期三年土壤水分定时定点观测,其测量深度为1米。试验区为大陆性季风气候,属暖温带半湿润气候带,自然降水年际变化大,年降水量平均为519.2 mm,最高年份达762.9 mm,最低年份仅有255.8 mm,季节分配不均,降水多集中在8、9、10三个月,占年降水量的60％。冬春干旱,相对湿度低,土壤水分易于蒸发损失。年蒸发量平均1524.3mm。土壤为黄(土娄)土,土层较为疏松多孔,1米深土层凋萎湿度平均为9.3％,田间持水量在19.5％-24.5％之间,容重1.27-1.58g/Cm～3,平均为1.45g/Cm～3。1米深土层无效储水量为135 mm,最大有效储水量为175mm,最大储水量310 mm。     

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。     

估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法

提出一种反演地表感热通量、潜热通量和近地层土壤含水量的变分方法,该方法把不同高度上的风速、位温以及湿度梯度的观测资料与Monin-Obukhov相似理论计算值的偏差、土壤水分蒸发参数化方案估算的蒸发潜热与由相似理论导出值的偏差在地表能量平衡的约束下融合到一个目标泛函数中,采用最优化算法寻求问题的解。利用2001年6月中国暴雨试验与研究项目在安徽肥西观测资料进行了数值验证,结果表明:该方法估算的通量值与Bowen比法具有很好的相关性且又能克服当Bowen比等于-1时计算通量出现的不稳定;同时能克服用廓线法求解热通量与地表能量平衡条件有较大出入的缺点。对观测误差的敏感性试验也表明变分方法是3类方法中最稳定的。反演的近地层土壤含水量对降水具有很好的响应并与观测的0—15 cm深度上平均土壤湿度的变化趋势具有很好的一致性,其绝对偏差小于0.03 m3/m3。     

土壤凋萎湿度试验测定的技术方法

本文详细介绍了利用作物栽培法测定土壤凋萎湿度的技术方法,并试验测定出了10~50厘米土层的凋萎湿度值。     

基于TIPEX Ⅲ资料对CLDAS-V2.0和GLDAS-NOAH陆面模式产品在青藏高原地区的适用性评估

利用2015年第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX Ⅲ)五层(5,10,20,50和100 cm)土壤的温、湿度观测资料,通过计算全球陆面同化系统(GLDAS-NOAH)和中国气象局陆面同化系统的融合产品(CLDAS-V2. 0)与观测资料之间的相关性和偏差,以及分析降水事件发生后两种模式资料土壤温、湿度的响应,综合评估了融合土壤温、湿度产品在青藏高原的适用性。结果表明,CLDAS-V2. 0土壤温、湿度产品与观测资料的相关性均优于GLDAS-NOAH模式产品,且两模式产品与站点观测资料的相关性在湿季大于干季,相关性随土壤深度增加而减小; CLDAS-V2. 0土壤湿度产品相对站点观测的误差稍大于GLDAS-NOAH,且在浅层土壤两模式产品与站点观测的MRE整体上在干季大于湿季; CLDASV2. 0土壤温度产品与站点观测的RMSE在湿季大于干季,而GLDAS-NOAH产品则相反;两种模式产品均能描述出降水发生后浅层土壤温、湿度对降水的响应,但两种模式产品所描述的深层土壤温、湿度的波动幅度相对观测明显偏大;此外,两种模式产品无法重现观测到的深层土壤温、湿度相对表层土壤温、湿度变化明显"滞后"的特征以及降水后相对降水前土壤温度峰/谷值对应时间存在明显延迟的特征。     

FDR型监测仪与人工测定土壤水分对比分析

利用2010年7月上旬—2011年6月下旬每旬FDR型土壤水分监测仪与人工烘干称重法测定的土壤水分观测资料进行对比分析,结果表明：两种方法观测值变化趋势基本一致,年相对误差为0.10%;误差春季最大,平均为0.19%;夏季最小,平均为0.02%。浅层土壤水分变化较大,误差也较大,相对误差为0.01%～0.62%;中层变化较平稳,相对误差为0.12%;深层60～100cm土壤水分受外界影响轻微,变化最平稳,误差最小。两种方法观测值具有很高的相关性（P〈0.001）,因此,可用烘干称重法的观测值为基准,对自动站进行相关分析和回归校正。     

黄土高原半干旱区主要作物生育期土壤水分变化

利用黄土高原半干旱地区农业气象观测站点春小麦、冬小麦、胡麻、燕麦、马铃薯、扁豆等主要作物农田土壤含水量实测资料,采用EOF、小波等方法分析研究该区域农田土壤水分变化特征。结果表明：长期干旱是这一地区土壤水分的基本状态,土壤水分垂直分布以递减为主,深层湿度小于浅层,夏季小于其它季节,秋季得以恢复;土壤水分垂直分布的差异与...     

基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱预报方法研究

利用吉林省西部10个自动土壤水分观测站数据与人工取土烘干法实测土壤湿度数据,制作吉林省西部土壤墒情监测及干旱预报模型.结果表明:不同气候背景下在作物不同生育期、土壤不同深度、不同初始湿度下的土壤湿度的变化趋势大致相同,但在相同的无降水日数或降水量时,不同台站不同深度的土壤湿度变化率却有一定的差异.各站农田土壤初始湿度越大,无降水时初期墒情下降速率越明显;而土壤湿度初始值越低,则失墒速率越慢.土壤不同深度均是开始时间失墒较快,后期变化逐渐趋于减弱状态.土壤深度越深则水分变化速率越缓,降水量越大,0～50 cm土壤湿度变化曲线整体越接近一致,直到从上而下几层土壤湿度全部达到饱和.通过对2017—2019年吉林省西部玉米农田土壤湿度预报结果和实测值进行对比检验,基于自动土壤水分观测数据的吉林省西部干旱模型预报的准确率超过80％.     

余量称重法在土壤蒸散测量中的应用

土壤水分的蒸散能力与蒸散量的大小是研究干旱灾害的一个重要参数。由于没有长时间大范围的观测数据资料,目前水文气象研究干旱结果仍然局限在单点或者小范围的实验研究及数值模式中,没有时空变化的代表性。余量称重法的方式,可以较为直观地得到土壤中水分蒸散的量及其量值变化规律,对土壤蒸散能力有一个量化的概念。此方法操作简便,代表性强,对干旱研究将起到一定的作用。与数模测量法相比较,余量称重法的测量数据无需考虑气象环境中辐射与空气气温、湿度、风速大小和降水四个方面因素的影响,可以直接运用到气象、水文、水利及相关需要的测量与研究行业当中。     

对土壤水分指标的研究

在研究土壤水分时,人们经常使用土壤饱和含水量、田间持水量、凋萎系数、土壤有效水最大存贮量等来表征土壤水分性状。土壤有效水固然是植物根系能吸收的水分,但是当植物蒸腾强烈时,植物对接近凋萎系数的土壤水的吸收速率,远远不能满足叶片蒸腾的需要,植物仍然受到干旱的威胁,因此有必要寻找能表征与作物生长联系得更密切的土壤水分指标。农田实际蒸散量与最大蒸散量之比能反映作物需水与土壤供水的关系,作物层温度与气温差则反映了植物蒸腾强度的变化。晴天白昼,蒸腾是维持叶温较低的重要原因。土壤供水不足,蒸腾速率