宇宙射线中子法在荒漠草原土壤水测量中的应用-中国水利水电科学研究.pdfVIP

第第1313卷卷 第第66期期 中国水利水电科学研究院学报中国水利水电科学研究院学报 Vol.Vol.1313 No.No.66 年1212月月 JournalJournal ofof ChinaChina InstituteInstitute ofof WaterWater ResourcesResources andand HydropowerHydropower ResearchResearch DecemberDecember， 文章编号：1672-3031（2015）06-0456-05 宇宙射线中子法在荒漠草原土壤水测量中的应用 1，2 1，2 1 蔡静雅 ，庞治国 ，谭亚男 （1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 水利部 防洪抗旱减灾工程技术研究中心，北京 100038） 摘要：选择典型荒漠草原为研究区，开展了宇宙射线中子法在其土壤含水量监测中的适用性分析研究。利用宇宙 射线中子传感器（CRS）对典型荒漠草原土壤含水量进行连续监测，将监测结果与时域反射仪（TDR）测量结果进行 比对，分析了二者测量结果的一致性，并对比两种土壤水测量方法对降雨响应的灵敏度。结果显示，CRS与TDR 测量结果的一致性较高；TDR对降雨事件的反应不够灵敏，而CRS不仅能够快速对降雨做出响应，而且能够清晰 显示出不同降雨量条件下土壤含水量的不同变幅。因此，宇宙射线中子法可以较准确地测量荒漠草原的土壤含水 量及其动态变化，能够为畜牧管理决策提供依据。 关键词：土壤含水量；CRS；TDR；降雨 中图分类号：S152.7 文献标识码：A doi ：10.13244/ki.jiwhr.2015.06.009 1 研究背景 测量土壤含水量的常用方法分为点测量法和面测量法两类。点测量法包括烘干称重法、介电特 性法、驻波率法、中子法和张力计法等。点测量法普遍具有较高的精度，但点测量的空间代表性 差，只适宜小尺度土壤含水量的测量。面测量法目前主要是采用遥感手段反演土壤含水量，遥感以 ［1］ 其多源、多时相、多极化以及快速、经济 等优势为土壤含水量在大范围空间尺度上的获取提供了可 ［2］ 能，但是遥感手段一般只能反演土壤表层的含水量情况 ，而且受土壤质地、容重、植被覆盖和地表 坡度等多种因素的影响。 宇宙射线中子法通过测量近地面快中子的强度来计算一定区域内的平均土壤含水量，其测量范 围介于点测量法和遥感法之间，填补了土壤含水量测量尺度上的缺口。该方法可以对土壤水分进行 连续测量，不会对土壤形成人为破坏，同时也可为土壤水遥感反演结果提供像元尺度上的有效验证 手段，因此近年已广泛应用于土壤水测量、干旱监测、农业灌溉指导、坡面稳定性分析、数值预报 ［3］ 等领域。Chrisman等人 利用宇宙射线探测车绘制土壤水分含量图，以校准验证土壤水的卫星数据。 ［4］ Almeida等 将快中子数、电容探针网络测得的土壤水和多重自适应神经模糊推理系统（m-ANFIS）结 ［5］ 合起来，对湿润期的表层土壤水进行了可靠估计。Baroni等 针对中子数的修正问题，利用一种扩展 ［6］ 方法直接估计土壤含水量，而不需要对每一种时变氢源的影响一一进行修正。HanXu-jun 、Zhu ［7］ Zhong-li 等将该方法应用于我国黑河流域异质的灌溉农田中，证实宇宙射线法可以测量面尺度上的 真实土壤含水量。由于快中子数受气压、空气水汽、地表及地下生物量、枯枝落叶层、植物截流、 ［5］ 土壤有机质和土壤矿物质中的晶格水 等