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。     

FDR土壤水分自动站三级标定的方法

FDR法是利用土壤介电常数变化测量土壤含水率,在测量的3个阶段进行标定可以提高测量准确度.仪器安装标定可以降低各个地区土壤水质的差异对传感器测量范围的影响;田间标定使用仪器与烘干法对比观测数据,通过乘幂函数拟合计算不同土壤类型的参数,修正仪器测量公式,使测量到的土壤介电常数的变化能够准确反映含水率的变化;再利用烘干法对...     

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。     

降雨后土壤入渗规律分析方法初探

用喷灌模拟降水的土壤水分实测资料，分析了黄土高原中壤土和紧砂土在裸地和小麦地两种地段上小到中雨、大雨和暴雨三种不同降水类型条件下降水入渗后土壤中的水分分配模型，试图探索出一种分析降雨条件下土壤入渗规律的新方法。     

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。     

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。     

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。     

贵州省土壤水分传感器校准方法浅析

基于实验与计算相结合的方法,在实验室配制标准物质去检测全新的FDR型土壤水分传感器,得出被测值;利用烘干称重法测量标准物质的容积含水量,得出标准值。使用数学方法分析检验两者之间的误差,验证贵州省气象部门FDR型土壤水分传感器校准方法的可行性。结果显示：误差在（-2.5%~2.5%）的传感器占总传感器的99.4%;误差在（-2%~2%）的传感器占总传感器的97.5%;在99.7%的置信区域内,所有校准点的标准差都小于5%。结合工作实际检验,该校准方法可应用于贵州省土壤水分传感器校准。     

LNW-50中子土壤水分测试仪测量参数的调试检验

主要介绍LNW 5 0中子土壤水分测试仪的调试方法及标定后测试参数的可靠性检验方法 ,有利于提高仪器测试土壤水分的精度和准确性。     

便携式土壤水分测量仪本地化应用研究

为提高PASW-1型便携式土壤水分测量仪在实际工作中的准确率,利用烘干法对仪器进行本地化标定。通过回归分析,得到不同土壤层次的标定曲线,根据标定曲线反演并计算出土壤相对湿度,结合气象干旱等级划分标准,制定出自动体积含水量对应的干旱等级查询表,便于实际业务应用。     

基于Radarsat-2 SAR数据反演定西裸露地表土壤水分

利用Radarsat-2 SAR数据和定西地区野外土钻法及WET仪器观测的土壤水分数据,分析了同极化后向散射系数与不同土层深度土壤水分之间的关系,采用交叉极化(VV/VH)组合模型反演土壤水分并进行对比验证。结果表明:水平、垂直同极化后向散射系数均与10~20 cm土壤含水量相关性最好,相关系数R均为0.74;受地表粗糙度和土壤质地等影响,同极化后向散射系数与0~10 cm土壤水分相关性均较低。交叉极化组合模型的反演值与10~20 cm实测土壤水分相关性较高,R值达0.75,而与0~10 cm和20~30 cm实测值的相关性较低(R值分别为0.47和0.52),但均通过α=0.05的显著性检验;WET仪器实测0~6 cm土壤水分经校正后与反演值的相关系数为0.46(通过α=0.01的显著性检验),校正后的结果有效提高了WET仪器测量精度。交叉极化组合模型可用于裸露地表土壤水分的反演,更适用于提取10~20 cm土壤含水量信息。     

三类陆面模式模拟土壤湿度廓线的对比研究

针对不同陆面模式对土壤湿度方程求解方法以及对土壤分层结构的差异, 本文选取了三类陆面模式（CLM, CABLE和ECMWF陆面模式）作比较研究。为了避免不同模式参数化方案引起的上边界误差, 上边界采用固定蒸发率、 入渗率和固定表层土壤湿度三类边界条件。土壤分层采用101层（细网格）和11层（粗网格）两种, 并考虑土壤性质沿深度变化。结果表明： 当土壤性质均匀时, 求解的差别主要在第三类边界条件下CLM 求出的水分入渗速度比其它两种快; 改用粗网格后由于土壤深层厚度加大无法与细网格得出的土壤湿度廓线相重合。当土壤性质非均匀时, 模拟结果间差别加大, 只有ECMWF模式模拟的土壤湿度廓线是严格连续的。对于模式和上边界的不同组合, 粗、 细网格模拟结果间均方根偏差不一致。一般而言, CABLE模拟的偏差除第一类条件较小外, 其它都是最大的。第二三类边界条件引起的偏差较大, 第一类最小。上述结果提示我们, 在比较不同陆面模式以及用观测资料来检验模拟结果时应充分考虑土壤分层及土壤性质非均匀性的可能影响。     

基于FDTD的不同土壤类型及湿度对雷电电磁场传播影响的研究

为深入研究土壤类型和土壤湿度对雷电电磁场传播效应的影响,首次将工程勘察领域研究得出的土壤湿度和电导率计算关系应用到雷电电磁场模拟计算中.基于Heidler雷电通道基电流函数模型和MTLL回击模型,在Mur一阶边界条件下,利用2D-FDTD计算粘土、粉土和砂土这三种具有代表性土壤在不同土壤湿度和观测距离下的雷电电磁场.研...     

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。     

Evaluating Soil Moisture Predictions Based on Ensemble Kalman Filter and SiB2 Model

Soil moisture is an important variable in the fields of hydrology, meteorology, and agriculture, and has been used for numerous applications and forecasts. Accurate soil moisture predictions on both a large scale and local scale for different soil depths are needed. In this study, a soil moisture assimilation and prediction based on the Ensemble Kalman Filter(EnKF) and Simple Biosphere Model(SiB2) have been performed in Meilin watershed, eastern China, to evaluate the initial state values with different assimilation frequencies and precipitation influences on soil moisture predictions. The assimilated results at the end of the assimilation period with different assimilation frequencies were set to be the initial values for the prediction period. The measured precipitation, randomly generated precipitation,and zero precipitation were used to force the land surface model in the prediction period. Ten cases were considered based on the initial value and precipitation. The results indicate that, for the summer prediction period with the deeper water table depth, the assimilation results with different assimilation frequencies influence soil moisture predictions significantly. The higher assimilation frequency gives better soil moisture predictions for a long lead-time. The soil moisture predictions are affected by precipitation within the prediction period. For a short lead-time, the soil moisture predictions are better for the case with precipitation, but for a long lead-time, they are better without precipitation. For the winter prediction period with a lower water table depth, there are better soil moisture predictions for the whole prediction period. Unlike the summer prediction period, the soil moisture predictions of winter prediction period are not significantly influenced by precipitation. Overall, it is shown that soil moisture assimilations improve its predictions.     

Extended application of the conditional nonlinear optimal parameter perturbation method in the common land model

An extension of the conditional nonlinear optimal parameter perturbation (CNOP-P) method is applied to the parameter optimization of the Common Land Model (CoLM) for the North China Plain with the differential evolution (DE) method. Using National Meteorological Center (NMC) Reanalysis 6-hourly surface flux data and National Center for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) Atmospheric Model Intercomparison Project II (AMIP-II) 6-hourly Reanalysis Gaussian Grid data, two experiments (I and II) were designed to investigate the impact of the percentages of sand and clay in the shallow soil in CoLM on its ability to simulate shallow soil moisture. A third experiment (III) was designed to study the shallow soil moisture and latent heat flux simultaneously. In all the three experiments, after the optimization stage, the percentages of sand and clay of the shallow soil were used to predict the shallow soil moisture in the following month. The results show that the optimal parameters can enable CoLM to better simulate shallow soil moisture, with the simulation results of CoLM after the double-parameter optimal experiment being better than the single-parameter optimal experiment in the optimization slot. Furthermore, the optimal parameters were able to significantly improve the prediction results of CoLM at the prediction stage. In addition, whether or not the atmospheric forcing and observational data are accurate can seriously affect the results of optimization, and the more accurate the data are, the more significant the results of optimization may be.     

不同土壤水分对向日葵光合光响应的影响

以食用向日葵为试验材料,大田试验采取人为控制土壤水分在胁迫、适宜和过湿 (土壤田间持水量的40%~54.9%,55%~69.9%和70%~90%) 条件下,研究了向日葵3个生育期 (二对真叶—花序形成期、花序形成—开花期、开花—成熟期) 的光合光响应特性。结果表明:在试验设置光强条件下,各生育期净光合速率随着光合有效辐射的增加而增加,同等的光合有效辐射下净光合速率也随着土壤水分的减少依次降低,尤其是随着光合有效辐射的增大愈加明显。土壤湿度对最大净光合速率和表观量子效率的影响并不是同步的,最大净光合速率随着土壤湿度的增加而增大,而表观量子效率在一定程度的水分胁迫情况下出现最大值。不同的土壤水分含量对光补偿点和光饱和点影响不同,光饱和点随着土壤水分的增加而增加,光补偿点却相反,表明水分胁迫使向日葵可利用光的范围缩小,而适宜水分则扩大了光的利用范围,更有利于干物质积累。暗呼吸速率随着植物的生长进程逐渐降低,不同生育期的水分胁迫均导致暗呼吸速率降低。