国家自然科学基金(41371231)
- 作品数：6 被引量：30H指数：3
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- 相关机构：中国农业大学西北农林科技大学更多>>
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- ~3He管中子土壤水分测量装置提高测量精度被引量：6
- 2018年
- 宇宙射线中子法是一种先进的测定区域土壤水分含量的方法,但国内外对其制约因素的研究仍不成熟。该研究利用商业化宇宙射线中子仪(CRS1000)和自己组装的~3He管中子水分探测器(~3He管),在中国农业大学上庄试验站对土壤含水量进行持续监测,将测量的结果与烘干法测量的结果进行对比分析,验证2种仪器测量的准确性和稳定性,并比较2种仪器对土壤水分变化响应的灵敏性差异。研究结果显示,CRS1000和~3He管具有较高的稳定性,在太阳活动剧烈时,有必要考虑对中子入射强度进行校正;通过与烘干法获得的土壤水分数据比较,CRS1000和~3He管测量数据的均方根误差分别为0.036、0.015 cm^3/cm^3,说明2种仪器进行土壤水分测量的结果非常准确;利用2种仪器获得的土壤水分曲线的变化趋势具有较高的一致性,在降水事件发生时,2种仪器都迅速作出响应,但~3He管对土壤水分变化的反应更加灵敏,测量精度更高。同时,组装的~3He管中子水分探测器成本约为商业化宇宙射线中子仪的1/2,降低了成本,具有更加广阔的应用前景。
- 张杰刘刚李保国李贵桐
- 关键词：土壤水分传感器
- 有限元模拟土壤孔隙对双针热脉冲法测量比热的影响被引量：1
- 2013年
- 双针热脉冲(DPHP)方法是目前用来测量土壤比热(c)、热导率(λ)和温度(T)的重要方法。然而,很多因素均会导致双针热脉冲法测得的λ和c存在误差,如土壤孔隙。基于三种不同粒径的石英砂,通过有限元法(FEM)模拟DPHP实验,分析土壤孔隙对DPHP法测量比热的影响,结果表明:(1)土壤孔隙导致测得的温度空间分布存在显著的各向异性,加热针周围6 mm处不同方向的比热(c)之间相对误差达到了23%;(2)DPHP方法测得的土壤热特性标准差随粒径增大而增大,这与实际实验观察的结果一致;(3)土壤孔隙的存在使得DPHP法测得的土壤比热被高估,本模拟中加热针周围6 mm处c值被高估了约6%。
- 肖潇刘刚李保国
- 关键词：比热热导率有限元高估
- 基于高光谱特征与人工神经网络模型对土壤含水量估算被引量：14
- 2017年
- 土壤含水量(θ)是影响作物生长和作物产量的主要因素之一。旨在评估基于光谱特征参数的各种回归模型估算土壤含水量的精度,并比较人工神经网络(BP-ANN)和光谱特征参数模型的性能。2014年在室内获取砂土和壤土的土壤含水量和光谱反射率数据。结果表明:(1)当砂土容重为1.40 g·cm^(-3)时,900~970 nm最大反射率和900~970 nm反射率总和估算口达到极显著水平(R^2超过0.90);容重为1.50 g·cm^(-3)时,用蓝边最大反射率和900~970 nm反射率总和估算θ相关性最好(超过0.70);容重为1.60 g·cm^(-3)时,780~970 nm反射率总和与560~760 nm归一化吸收深度的R^2均超过0.90,达到极显著水平;容重为1.70 g·cm^(-3)时,900~970 nm最大反射率和900~970 nm反射率总和的R^2为0.88,呈极显著水平。(2)当土壤类型为壤土时,用900~970 nm最大反射率和900~970 nm反射率总和估算θ相关性最好。(3)蓝边反射率总和(R^2=0.26和RMSE=0.09 m^3·m^(-3))和780~970 nm吸收深度(R^2=0.32和RMSE=0.10m^3·m^(-3))估算砂土的含水量相关性最好。在估算壤土的含水量时,900~970 nm最大反射率(R^2=0.92和RMSE=0.05 m^3·m^(-3))与900~970 nm反射率总和估算模型的精度最高(R^2=0.92和RMSE=0.04 m^3·m^(-3))。(4)用人工神经网络模型能够更好地估算两种土壤的含水量(R^2=0.87和RMSE=0.05m^3·m^(-3))。因此,人工神经网络模型对θ估算具有巨大的潜力。
- 刁万英刘刚胡克林
- 关键词：土壤含水量人工神经网络
- 基于数字图像估算不同密度表层土壤含水率被引量：5
- 2017年
- 为有效和无损地监测土壤表层含水率,以壤土、红壤和黑壤为研究对象,研究了不同密度下土壤含水率(θ)的图像信息,包括亮度(V)和饱和度(S),建立了土壤含水率的估算模型。结果表明,1当壤土密度为1 400 kg/m^3时,估算模型相关性最好(决定系数(R^2)为0.93,均方根误差(RMSE)是0.04 m^3/m^3);2当红壤密度为1 600 kg/m^3时,相关性最好(R^2为0.93,RMSE为0.03 m^3/m^3);3黑壤密度为1 600 kg/m^3时,相关性最好(R^2为0.87,RMSE为0.07 m^3/m^3)。考虑密度变化时,黏壤土的估算精度最好(R^2为0.72和RMSE为0.06 m^3/m^3)、其次是壤土(R^2和RMSE为0.70和0.07 m^3/m^3)和砂质壤土(R^2为0.60和RMSE为0.07 m^3/m^3)。因此,利用数码相机来估测表层不同密度土壤含水率是可行的。
- 刁万英刘刚
- 关键词：土壤密度亮度饱和度
- 野外试验中热脉冲探针间距校正方法的应用被引量：2
- 2018年
- 土壤热特性是土壤的重要参数之一,热脉冲探针是目前土壤热特性最为常用的测量方法。在用热脉冲探针测量土壤热特性时,探针间距对测量结果的准确性影响非常大。而在野外试验中,由于土壤受到植物根系、土壤冻融、土壤动物活动等的影响,会造成探针间距的变化。因此,探针间距的校正在野外实地测量时十分重要。本研究团队在2013年提出热脉冲探针间距的校正方法,即在温度探针中使用两个热敏电阻,并通过理论公式校正探针初始间距后,得到间距变化后的探针真实间距。将此校正方法应用于野外试验中,分别于夏季和冬季监测土壤中三个深度处(3 cm、8 cm和13 cm)探针间距的变化。结果显示探针间距校正后得到的土壤热特性参数与未校正探针间距时的土壤热特性相比,探针间距校正后得到的土壤热特性参数更加准确可靠;但由于冬季表层土壤存在结冰现象,造成热脉冲探针无法准确测量热特性参数。
- 乔照钰原晓辉刘刚
- 关键词：双针法
- 土壤水力特性异质性对土壤排水影响的瞬态随机分析被引量：2
- 2016年
- 土壤剖面水分入渗及再分布对生态和水文建模十分重要,而土壤异质性导致垂向的导水率值差异非常大。因此,该文假设在单位梯度下,用微扰法和运动波模型并结合随机分析研究一维瞬态土壤剖面排水的问题。采用Brooks-Corey模型,设饱和导水率和模型参数为随机变量。结果表明:1)饱和导水率方差增大对排水过程具有减缓的作用,有效饱和导水率较小;2)土壤导水率异质性越大,土壤蓄水能力越强;3)比较模型参数的波动与饱和导水率方差和模型参数的协方差,饱和导水率方差对排水影响更大;4)田间排水试验的结论与模型预测相一致。研究可为以长期自我维持的生态系统和高田间持水量为目标的土壤复垦提供依据。
- 刁万英刘刚司炳成
- 关键词：排水导水率粒径分布土壤
