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。     

自动土壤水分站搬迁的分析

利用武鸣自动土壤水分站站址迁移后,其土壤体积含水量的人工对比测量值与土壤体积含水量自动站观测数据通过对比分析,结合对武鸣自动土壤水分站站址搬迁的选址的分析研究,找出2017年武鸣土壤水分观测站未通过检验而无法投入业务使用的原因。分析结果对自动土壤水分站站址的选址起到一定的借鉴作用,为其他需迁移或新建土壤水分站的部门提供参考。     

乌兰察布市人工测墒与自动土壤水分仪测墒结果分析

通过对察右中旗2011年人工观测与GStar-I C型自动土壤水分仪观测的数据进行对比,分析两种观测方法存在的差异,为自动土壤水分监测仪投入业务化运行提供一定的科学依据。     

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。     

安徽省自动观测土壤水分质量控制方法

概述了安徽省自动土壤水分站的运行现状,对全省自动站数据质量进行了较为详细的分析,对人工和自动站数据两者间绝对误差及相关性进行分析,并探讨了导致自动站数据误差的主要原因,初步确定了安徽省自动土壤水分数据业务质量控制的方法。结果表明：对比观测期间部分站点人工和自动站数据存在较明显误差,个别站点数据误差甚至高达20%以上,但有近60%的站点各土层人工和自动站数据线性相关系数在0.7以上,为仪器的订正提供了重要依据;同时分析了自动站在干旱和降水前后数据运行的稳定性情况,进而为特殊土壤水分条件下自动站提出了更高的数据质量要求;结合安徽省实际情况建立了两种比较合理的自动土壤水分质量控制方法,为业务上数据质量控制及仪器运行状态监控提供了支持。     

松原市土壤墒情监测及干旱预报模型方法研究

基于自动土壤水分观测站数据建立本地土壤水分变化模型,通过人工取土烘干法观测的实际土壤湿度数值对自动土壤水分观测站数据进行修正和校订,再由修正过的自动土壤水分观测站数据作为当日的初始湿度,通过天气预报中无降水日数或降水日期及雨量大小做出未来一段时间内的失墒或增墒的模型,再通过不同的气象条件对增、失墒进行相关订正,做出相应的土壤墒情的预报,最后根据土壤墒情预报结果对照本地的土壤干旱量级指标,从而随时做出快速准确的本地旱情预报,为各级领导组织指挥农业生产、开展人影作业、指导农民进行田间管理等活动提供及时可靠的决策依据。本文通过此模型对2012年松原地区夏季干旱情况进行预报,再通过实际土壤墒情实况进行对比,预报结果基本正确。由于人工测值有一定随机性,所以人工观测值与自动站观测数据的对比只能做为参考而不可能完全吻合。但从长期数据应用情况来看,基于土壤自动水分观测站的土壤墒情监测及干旱预报模型方便稳定,反应水分变化趋势更有连续性。     

自动土壤水分观测站建设现状及资料分析

介绍了农业气象自动土壤水分观测站的建设、自动站与人工观测数据对比、资料上传等情况，对存在的问题进行了分析，指出问题之所在，提出采取的措施及整改办法。     

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。     

基于最小二乘二次曲线的土壤水分数据质量控制系统设计

为满足新时期抗旱工作的需要,河南省气象局自2009年开始布设自动土壤水分观测站,截至2010年年底在作物地段安装127部,在固定地段安装11部,自动土壤水分观测站网覆盖了全省120多个县区,形成了土壤水分与干旱监测网络.为确保自动土壤水分观测数据可靠,根据土壤水分数据采集基本原理,在分析大量土壤水分历史数据、确定土壤水分数据规律的基础上,基于最小二乘二次曲线的差值判断等算法,设计了土壤水分数据质量控制系统.系统可自动对水分数据进行判断,从而实现了实时的土壤水分数据质量控制,提高了土壤水分数据的可信度.     

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。     

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。     

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。     

河南省自动土壤水分观测网的建设与运行管理

河南省是产粮大省,但是粮食生产时常受到旱灾的影响。为满足新时期抗旱工作的需要,河南省气象局自2009年开始布设自动土壤水分观测站,截至2010年年底在作物地段安装127部,在固定地段安装11部,自动土壤水分观测站网覆盖了全省120多个县区,形成了较为有效的土壤水分与干旱监测网络。为了实现高效管理、设备及时维护、确保自动...     

南城自动站土壤水分资料的统计学订正分析

对2006—2009年南城站5—10cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm和40—50cm等5个土层各90组样本的HYA-SF型土壤水分自动观测数据与同期人工观测数据进行了偏差与相关性分析,采用线性方程建立拟合模式,对自动土壤水分观测数据进行订正,并以相对误差±5%、±10%为指标对订正前后的数据合格情况进行了统计。结果表明,各土层自动土壤水分观测数据与人工观测数据虽然存在较大偏差,但二者具有一致的变化趋势,相关性好;分别利用5个土层同期对比观测数据建立的一元线性回归模型;拟合订正后的自动站各层数据偏差不同程度减小,数据合格率明显上升。     

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。     

四川省多种土壤水分资料对比分析

从降水响应、指标评估两个方面对比分析了四川省西昌、宜宾和乐至3站2017~2018年CLDAS土壤湿度产品、人工观测和自动土壤水分站3种土壤水分资料。结果表明,3种资料的土壤相对湿度对降水都有较好的响应,其中自动站对土壤水分变化的响应最为明显,而CLDAS的响应则较为平缓,CLDAS体积含水量对降水的响应不如CLDAS相对湿度好,特别是在深层,基本没有响应降水影响。对比评估指标显示,各站土壤相对湿度人工观测与自动站的相关性最好,西昌站3种资料两两间相关性最好,乐至站各资料间的相关性较差,偏差和均方根误差也较大,体积含水量各站各资料间相关性没有相对湿度高。总体看,CLDAS土壤湿度产品,特别是相对湿度在浅层对降水的响应要好于深层,与人工观测和自动站的相关性也好于深层,CLDAS土壤湿度产品在浅层可以弥补四川部分地区自动站稀疏的缺陷。      

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%。     

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。