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青海省建立土壤水分地面遥感校验场大网格提升干旱监测水平

2021-07-20 17:08:48  来源:仪器网整合 浏览量:421次
【导读】青海省气象科学研究所完成黄南藏族自治州河南县31个土壤水分地面遥感校验场大网格建设工作

旱情是全 球范围内影响最广的自然灾害,同时干旱成因也非常复杂,包括气象、水文,地质地貌和人类活动等复杂因素。国内对应机构对旱情监测并没有准确高效的方法。基于此,遥感集市监测平台孕育而生,利用卫星遥感技术和GIS技术集成综合监测干旱灾害,通过对地面温度变化、作物生理参数变化以及云层覆盖等等进行建模,建立评估土壤水分含量变化状况的干旱监测模型,以快速、客观、大范围的特点实现旱情检测目标。

近期,青海省气象科学研究所完成黄南藏族自治州河南县31个土壤水分地面遥感校验场大网格建设工作,建成多尺度嵌套的观测模式,为土壤水分升降尺度和冻融过程研究提供重要依据,为青海水文气象以及农业气象服务提供技术支撑。

土壤水是植物吸收水分的主要来源(水培植物除外),另外植物也可以直接吸收少量落在叶片上的水分。土壤水的主要来源是降水和灌溉水,参与岩石圈-生物圈-大气圈-水圈的水分大循环。测定土壤含水量可掌握作物对水的需要情况,对农业生产有很重要的指导意义,其主要方法有称重法,张力计法,电阻法,中子法,r-射线法,驻波比法,时域反射法、高频振荡法(FDR)及光学法等。

遥感技术能够有效、大面积、实时动态地获取干旱地区旱情资料,随着遥感传感器的发展,利用不同传感器获取的数据,计算各种能直接或间接反映干旱情况的参数或指标,已形成了很多种方法。利用可见光和近红外遥感数据提取地面覆盖物植被指数进行旱情监测,利用热红外波段建立地表温度模型估测土壤湿度,综合利用可见光、近红外和热红外数据进行干旱监测,微波遥感,综合应用遥感技术获取及时的图像信息,并结合地面降水等数据,在分析地区干旱或监测中也广泛应用。标准化降水指数(SPI)是先求出降水量分布概率,然后进行正态标准化而得到,综合应用SPI和遥感影像数据也是分析和监测干旱的方法之一。

土壤含水量测量方法

1、中子法

用中子仪测定土壤含水率中子仪的组成主要包括:一个快中子源,一个慢中子检测器,监测土壤散射的慢中子通量的计数器及屏蔽匣,测试用硬管等。快中子源在土壤中不断地放射出穿透力很强的快中子,当它和氢原子核碰撞时,损失能量最大,转化为慢中子(热中子),热中子在介质中扩散的同时被介质吸收,所以在探头周围,很快的形成了持常密度的慢中子云。

2、γ-射线法

γ-射线法的基本原理是放射性同位素(现常用的是137Cs,241Am)发射的γ-射线法穿透土壤时,其衰减度随土壤湿容重的增大而提高。利用 ,γ-射线法 测定 土 壤水分是 由贝 契等人 于1950 年提出的。19 5 3 年 Bermhard 等人进行 了 ,γ-射线法测定土壤含水量和千容重的试验研究。 由于利用单能γ-射线测定土壤水分受容重影 响很大, 为此出现了用双能γ-射线法同时探测容重和含水量,以消除土壤容重变化影响。Wheetel等人探讨了利用通过两点 布 设γ-射 线 来 监 测 灌 溉 时 的 水 分 运 动。Fahad则给 出了一 种利用 计算机控制γ-射线测定装置, 能测定实验室 和 田 间土壤水分含量。国 内 1960年前后进行 了实验室条件下 ,一 射线法测定土 壤水分含量和土壤水分 动态的试验研究,1970 年后,国 内也逐渐在土壤人渗和渗透、水盐动态等研究中应用这一方法, 并在 测定仪器 和方法上有所 改进和 发展。利用 ,一 射线测量土壤水分在实验室内已进行 了大量的研究, 并取得 了较好的结果,但在 田间应用的可行性还需深人探讨。

3、光学测量法

是一种非接触式的测量土壤含水率方法。光的反射、透射、偏振也与土壤含水率相关。先求出土壤的介电常数,从而进一步推导出土壤含水率。

4、电阻法

多孔介质的导电能力是同它的含水量以及介电常数有关的,如果忽略含盐的影响,水分含量和其电阻间是有确定关系的电阻法是将两个电极埋入土壤中,然后测出两个电极之间的电阻。但是在这种情况下,电极与土壤的接触电阻有可能比土壤的电阻大得多。因此采用将电极嵌入多孔渗水介质(石膏、尼龙、玻璃纤维等)中形成电阻块以解决这个问题。

5、时域反射法

是一种通过测量土壤介电常数来获得土含水率的一种方法。TDR的原理是电磁波沿非磁性介质中的传输导线的传输速度V= c /ε,而对于已知长度为 L 的传输线,又有V = L / t ,于是可得ε = (ct / L)2,其中 c 为光在真空中的传播速度,ε 为非磁性介质的介电常数, t 为电磁波在导线中的传输时间。而电磁波在传输到导线终点时,又有一部分电磁波沿导线反射回来,这样入射与反射形成了一个时间差 T 。因此通过测量电磁波在埋入土壤中的导线的入射反射时间差T 就可以求出土壤的介电常数,进而求出土壤的含水率。

6、高频振荡法

因为 TDR 法设备昂贵,在 80 年代后期,许多公司(如 AquaSPY, Sentek. Delta-T, Decagon)开始 用比 TDR 更为简单的方法来测量土壤的介电常数,FDR 和 FD 法不仅比 TDR 便宜,而且测量时间更短,在 经过特定的土壤校准之后,测量精度高,而且探头的形状不受限制,可以多深度同时测量,数据采集实现 较容易。

地面遥感主要指以高塔、车、船为平台的遥感技术系统,地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波谱测量。地面遥感实验是传感器定标、遥感信息模型建立、遥感信息提取的重要技术支撑。地面遥感实验的一般概念、技术规范和流程,并针对植被遥感、土壤遥感、水环境遥感、大气遥感,其地面遥感实验的理论和方法,结合案例相关的遥感和非遥感仪器设备的原理及其使用方法。

遥感试验场是用于遥感技术基础研究、技术试验和检定的,自然条件相对稳定、具有定位观测条件的天然的固定实验场所。遥感技术的基础研究包括从地物的波谱特性经大气传输到传感器获得信息过程中的机理及其相互关系,是研制新型传感器、发展遥感技术新方法、完善判读理论、方法的基础性工作。发射陆地卫星前后,对地表土壤、岩石、植被、水体等地物的光谱特性均进行了大量测试和研究,为波段的选择、传感器性能检验和遥感资料的判读应用提供了重要依据。

地面遥感试验场基本条件是:应有足够大的面积,如数十至数百平方公里;场内有多种自然要素,如水体、植被、沙地、耕地的大范围分布等。实验场按实验内容分为综合试验场和专业试验场。

新闻来源:中国气象局


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标签:土壤水分地面遥感校验场
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