《基於探地雷達面反射法的土壤水分觀測實驗研究》是依託北京師範大學，由朱忠禮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於探地雷達面反射法的土壤水分觀測實驗研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：朱忠禮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤水分是水文循環的重要環節，對區域乾旱預測、生態系統管理和水土資源配置均具有重要意義。探地雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)是一種適合於中尺度的土壤含水量測定技術，能夠彌補傳統點狀觀測和遙感觀測的尺度缺位。考慮到常規探地雷達方法需要地下反射層的不足，本研究將進行探地雷達（GPR）面反射法觀測土壤水分的實驗研究，分析不同土壤濕度和地表粗糙度對雷達探測精度和深度的影響機理，進行混合下墊面土壤水分的觀測試驗，開展衛星像元尺度內探地雷達土壤水分空間變化的觀測，探索探地雷達驗證遙感反演土壤水分的試驗方案。
結題摘要
區域土壤水分的監測對全球變化、流域水資源和農業生態水文配置具有重要的意義，衛星遙感監測土壤水分是目前獲取區域土壤水分最主要的途徑，但其地面校正與驗證一直是個難點。探地雷達是一種適合於中尺度的土壤含水率測定技術，能夠以較高的精度，實現快速、便捷地獲取較大區域的土壤含水信息，彌補單點和遙感觀測之間的尺度缺失。本項目利用pulseEKKO1000系列探地雷達，結合無線感測器網路、宇宙射線系統和數值模擬土壤水分地面觀測值, 開展探地雷達面反射法觀測土壤水分的機理研究，進行衛星像元尺度內探地雷達土壤水分空間變化的觀測，探索基於探地雷達驗證遙感反演土壤水分的途徑。研究表明，探地雷達面反射法是一種獲取區域尺度土壤水分的有效方法，其具有與遙感觀測土壤水分相似的機理和觀測深度。作為主動微波，其受地表粗糙度影響較被動微波略大。通過地面高精度實測土壤水分的率定，構建了土壤水分和探地雷達反射率之間的經驗關係，與採用原公式計算的土壤水分的相比，精度有極大的提高，擬合曲線所反映的變化趨勢更加平緩。擬合公式計算得到的土壤水分空間分布更加符合實際情況，與5cm深度稱重法獲得的土壤水分空間分布具有更好的一致性。考慮到土壤水分的空間和時間變化較大，藉助於高時間解析度和空間解析度地優勢，開展了基於垂直乾旱指數的環境衛星土壤水分反演研究，結果表明，在中低植被覆蓋情況下，環境衛星能夠有效地檢測到土壤水分時空變化，特別是在我國農田斑塊破碎的情況，能很好地檢測到灌溉的發生和發展過程；作為一種新型的面土壤水分觀測儀器，宇宙射線觀測系統可以獲得連續長時間序列的直徑700m左右的區域土壤水分，與常規多點觀測平均值相比，宇宙射線觀測系統具有與微波輻射儀更加良好的一致性，可以作為地面觀測面土壤濕度對遙感產品進行驗證。
