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宇宙射线快中子法在农田土壤水分测量中的研究与应用
  • ISSN号:1001-8166
  • 期刊名称:地球科学进展
  • 时间:2013
  • 页码:1136-1143
  • 分类:P343.8[天文地球—水文科学;天文地球—地球物理学] S152.7[农业科学—土壤学;农业科学—农业基础科学]
  • 作者机构:[1]北京师范大学地理学与遥感科学学院遥感科学重点实验室,北京100875, [2]中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目“黑河流域生态-水文过程综合遥感观测试验:水文气象要素与多尺度蒸散发观测”(编号:91125002);遥感科学国家重点实验室自由探索项目“基于宇宙射线系统和无线传感器网络的土壤水分异质性分析及像元尺度土壤水分获取试验”(编号:ZY12-8)资助.致谢:感谢北京师范大学地理学与遥感科学学院以及中国科学院寒区旱区环境与工程研究所各位老师给予的帮助和指导.
  • 相关项目:黑河流域生态-水文过程综合遥感观测试验:水文气象要素与多尺度蒸散发观测
中文摘要:

区域地表土壤水分的获取是长期以来的研究难点。近年来,利用宇宙射线快中子法测量区域地表土壤含水量的研究得到了长足发展。作为一种新型的中尺度土壤水分无损测量方法,宇宙射线快中子法能够获得半径300m左右源区内的土壤水分,较大的测量源区使其填补了传统点观测和遥感大面积观测尺度之间的空白。利用宇宙射线土壤水分观测系统(COSMOS)、无线传感器网络对张掖绿洲农田下垫面的土壤水分进行观测。研究结果表明COSMOS观测数据很好地反映了农田尺度下土壤水分的变化趋势。COSMOS土壤水分主要受源区内灌溉和降水的影响,源区内不同地区灌溉顺序的不同使观测的COSMOS土壤水分呈现明显的双峰变化趋势。利用COSMOS源区内无线传感器网络数据对观测结果进行了验证,灌溉期受地面积水的影响,COSMOS观测结果偏高,剔除灌溉期数据后两者一致性较好,均方根误差(RMSE)由0.037m^3/m^3降低到0.028m^3/m^3。宇宙射线土壤水分观测系统能够有效测量高异质性状况下的农田区域土壤水分,为遥感反演的土壤水分提供真正意义上的面状地面验证数据。

英文摘要:

It is very difficult to measure large region soil moisture. In recent years, measurement of surface soil moisture by the cosmic-ray fast neutron probe has gradually attracted more attention. By this passive, non-inva- sive and intermediate scale measurement, soil moisture at a horizontal scale of around 300 m can be observed, which makes this method available to fill the gap between little scale of traditional point measurement and large scale of remote sensing in the measurement of soil moisture. In this paper, Cosmic-ray Soil Moisture Observing Sys- tem (COSMOS) and Wireless Sensor Network (WSN) were used to observe field soil moisture in Zhangye Oasis. The results of the COSMOS soil moisture well reflected the variation trend of soil moisture at the field scale. There were some regular changes with the cosmic-ray soil moisture during the irrigation period. Combined with irrigation data in cosmic-ray probe footprint, a bimodal change was showed in the cosmic-ray soil moisture figure during irri- gation period. This was because that the order of irrigation of the three communities was different in cosmic-ray probe footprint. WSN data were used to validate this result and we found that root-mean-square error between cosmic-ray soil moisture and SoilNET average soil moisture was very large during irrigation periods because of the impact of cosmic-ray measurement theory. While root-mean-square error would decrease from 0. 037 m^3/m^3 to 0. 028 m^3/m^3 after we eliminated the data in irrigation period. So COSMOS can be used to measure field soil moisture under high heterogeneity condition and provide truly ground data for the validation of remote sensing soil moisture.

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期刊信息
  • 《地球科学进展》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院资源环境科学与技术局 国家自然科学基金委员会地球科学部 中国科学院资源环境科学信息中心
  • 主编:傅伯杰
  • 地址:兰州市天水中路8号
  • 邮编:730000
  • 邮箱:adearth@lzb.ac.cn
  • 电话:0931-8762293
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-8166
  • 国内统一刊号:ISSN:62-1091/P
  • 邮发代号:54-86
  • 获奖情况:
  • 国家“双效”期刊,甘肃社优秀期刊,中国数字化优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:36043