土壤湿度对比观测讲课课件

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1、关于搞好土壤湿度对比观测的意见,保障中心 刘银秀 2011年10月6日,目 录,一、高度重视土湿对比观测工作 二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定 三、地段和测点的选择 四、取土烘烤与称重 严格执行规范 五、上报材料 六、上半年上报材料与标定情况汇报 七、土壤湿度相关知识点 八、土壤水文物理常数测定方法,一、高度重视土湿对比观测工作,1.1极端气候近 “常态化” 水旱灾害日显突出 因自然气候波动与人类活动对生态环境干预的共同影响导致全球气候变暖. 在全球气候变暖的大背景下，大气环流特征等也会发生相应变化，极端天气气候事件有“常态化”趋势。近年来我国极端天气事件明显增多，水旱灾害的突发性、异

2、常性、不可预见性日显突出，局部地区强暴雨、极端高温干旱以及超强台风等事件呈突发、多发、并发趋势。 2010年，全国受旱耕地1.14亿亩，2329万人饮水困难。西南五省区市干旱严重。大旱导致西南五省区市除四川之外，至少有218万人返贫，经济损失超350亿元。因旱返贫的绝大部分是山区的农业人口。,一、高度重视土湿对比观测工作,1.1极端天气气候事件 “常态化” 水旱灾害日显突出 2011年， 4月份-5月中旬末，黄淮大部降雨偏少2至5成，江淮和长江中下游大部偏少5成以上，江南大部和华南、西南大部偏少2至5成，河湖水位持续偏低，水利工程蓄水不断减少，南方部分地区发生了严重的旱情。洞庭湖区望天喊“渴”

3、，湖南北部降雨、来水偏少，蓄水不足，出现了严重的旱情。5月本来应该是禾苗葱郁、塘库满蓄的季节，却遭受半个多世纪以来罕见的冬春夏连旱，群众饮水和农业生产正面临严峻的考验；鄱阳湖水位持续严重偏低，5月25日，大渔船搁浅在鄱阳湖湖底草坪上，湖水干涸，湖草生长茂盛。鄱阳湖是中国最大的淡水湖，丰水年份水域面积最大可达4000平方公里以上，如今却因持续干旱严重“瘦身”。,一、高度重视土湿对比观测工作,1.1极端天气气候事件 “常态化” 水旱灾害日显突出 今年洪湖遭遇70年一遇的特大干旱，降水量与往年相比减少七成，53万亩洪湖水面减少了1/4，湖水最深处只有30多厘米。 干旱不仅让水产养殖遭受灭顶之灾，更让

4、洪湖湿地的生态受到非常严重的打击。洪湖从2010年的“水漫金山”到2011年的湖底龟裂。 我国是一个农业大国，为三农服务，切实保障粮食生产的安全，可以说是气象首要的任务。土壤湿度是描述各地土壤是否存在干旱和渍害的重要指标。,一、高度重视土湿对比观测工作,1.2土壤湿度对比观测的重要性 从1950年代初开始，我国地面气象观测就渐渐形成了比较完善的观测网络，云、能、天、压、温、湿、风、降水等等气象要素实时资料、历史资料，为天气预报、气候预测、社会公益服务提供了越来越充分的信息源。但有关土壤水份条件的农业气象资料一直比较稀少。土壤湿度资料现状难以满足防灾减灾需求。 人工取土烘干计算，一直是我们农业气

5、象工作获取土壤湿度的最可靠的、最常规的办法，但是，这种方法工作量大、时效慢，不适宜大面积推广。,一、高度重视土湿对比观测工作,1.2土壤湿度对比观测的重要性 后来一度小范围使用了以由中子放射源和热中子探测器为探头的中子仪来测定土壤湿度，但终因数据准确性和安保复杂性被终止。旧的土壤墒情资料体系，远远不能满足服务需要。 如何广泛的收集各地的土壤墒情资料，为政府决策部门提供准确的信息，为农业气象服务提供准确的依据，目前我们所进行的工作正是以此为目的的。加大自动土壤水分观测网点建设力度，同时也是中国气象局全国新增千亿斤粮食气象保障工程2011年实施方案的一个重要组成部分。,一、高度重视土湿对比观测工作

6、,1.2土壤湿度对比观测的重要性 我国（省）自然灾害多发，又是天气气候非常复杂、地理海拔差异大、气候差异大，地形地貌非常复杂的国家 代表性、准确性、比较性是气象资料的三性，这也是我们土壤湿度观测所要具备的，各地各方面的差异给土湿资料的三性的实现带来了困难，也给我们的工作提出了更加严格的要求 。近段我们正在进行或将要进行的人工取土烘干测量土壤湿度的工作，只是阶段性的，但它是用来对自动土壤水分观测进行标定的依据，所以，我们大家要立足当前，放眼长远，做好土壤湿度的人工对比观测工作。 对比观测时间应不少于6个月，田间标定与检验应在1年内完成。（工作没有捷径，扎扎实实，做好为止）,二、自动土壤水分仪器的

7、工作原理和数据标定,2.1工作原理 自动土壤水分传感器利用频域反射法原理（FDR）来测定土壤体积含水量，它由传感器发出100MHz高频信号，传感器电容（压）量与被测层次土壤的介电常数成函数关系。由于水的介电常数比一般介质的介电常数要大得多，所以当土壤中的水分变化时，其介电常数相应变化，测量时传感器给出的电容（压）值也随之变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，得出土壤水分观测值，并按一定的格式存储在采集器中。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.2传感器标定 由于自动土壤水分传感器在实际测量过程中受到土壤质地、容重、安装结合紧密度等因素的影响，读数

8、差别很大，因此在正式使用前需要进行标定。一般认为，传统的烘干法测得的土壤水分值是可信的，可以作为其它各种土壤含水量测量方法的校正标准。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.2传感器标定 标定分二个步骤：实验室标定和田间标定。实验室标定是从田间取回土样在标准容器内回填成均匀的土体，控制加入的水量可得到不同的土壤湿度，传感器与人工对比观测，进行标定。田间标定是以人工与自动土壤水分传感器进行同时次的对比观测，用人工观测数据对仪器进行标定。仪器安装3个月以后，待传感器安装地段的土层恢复稳定，再进行田间标定。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.2.1实验室标定 为确保自动土壤水分观

9、测仪器的准确性，仪器生产厂家应对每一种土壤质地样本，进行土壤标定参数试验。 按照相同土壤质地合并原则进行组合，至少分为10-30cm，40-60cm，80-100cm三层。对合并后的土层，分别制作标准土壤水分样本，每层制作样本的土壤体积含水量分别为小于10%、10%-15%、15%-20%、20%-25%、25%-30%、30%-35%和大于35%七个等级（3层共21个样本）。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.2.1实验室标定 将传感器分别插入标准土壤水分样本中测量，获取器测值。通过专用环刀在各个土盒样本中取土烘干、称重，获得对应样本的实际土壤含水量值。对烘干称重法获得的土壤含水

10、量值与器测值进行分析比较，建立各层相应的对比曲线。利用数学方程进行拟合计算，确定传感器标定参数方程。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.2.2田间标定 田间标定以仪器观测的10cm土层体积含水量变化为判断标准，在小于10%、10%-15%、15%-20%、20%-25%、25%-30%、30%-35%和大于35%等七个不同土壤水分体积含量区间进行相应的人工对比观测。原则上每一个土壤体积含水量等级样本数不少于4个，总样本数不少于30个。对各层人工对比观测数据和器测值进行分析比较，建立各层相应的对比曲线。利用数学专用工具进行拟合计算，确定传感器标定参数方程。,二、自动土壤水分仪器的工作

11、原理和数据标定,2.2.2田间标定 进行人工对比取土观测时，须跨越干湿两季，使获得的样本分布均匀、能够代表当地土壤水分含量范围并验证仪器在干湿两季过渡期的适应性。取土钻孔的位置应分布在传感器埋设位置四周半径2-10m之间的范围内，完成取土观测后取土孔要立即分层回填（土壤不够时从别处挖土），不得在回填孔中再次取土进行对比观测。每次取土时记录取土起止详细时间。 由相关技术人员利用人工和同时次的仪器观测数据分别计算不同层次的标定参数，完成对传感器的田间标定。,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.3业务化检验标准 在完成田间标定工作后，需达到业务化检验标准，方能投入业务使用。业务化检验标准的

12、评价指标：人工观测土壤体积含水量值与器测土壤体积含水量之差的多次平均值的绝对误差小于等于5%。 式中： -仪器观测值； -人工观测值； N-对比观测次数；,二、自动土壤水分仪器的工作原理和数据标定,2.3业务化检验标准 -人工对比观测土壤体积含水量多次平均值的绝对误差。 设备田间标定结束后，再连续人工对比观测1个月（不少于6次，遇0-10cm土壤冻结顺延）用于业务检验，由各省（区、市）气象局负责对所辖范围内的自动土壤水分观测仪统一组织进行检验。 若仪器未通过检验，分析查找原因，排除仪器故障原因后，对建立的标定方程参数进行完善，补充对比观测1个月后再次进行检验；若仍达不到检验标准，必须对仪器进行

13、更换。,三、地段和测点的选择,地段和测点的选择是实现资料的土壤湿度三性的基本前提。 自动土壤水分传感器的安装地点、自动土壤水分观测地段土壤水文常数测定地点、人工取土烘干测量土壤湿度地点三点合一。 若确因自动土壤水分观测仪安装地段不便于取土的，人工取土地段与自动土壤水分观测仪的水平距离应小于30米，并且处于同一个水平面上，具有相同的土壤质地分布。观测地段严禁人工灌水，距水源（包括极小的排水沟）应在8米以上，距大型水体应该在20米以上。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.1观测地段分成4个小区 作上标志，每次取土各小区取一个重复。 测定层次为以下8个层次：010CM、1020CM、2030CM

14、、3040CM、4050CM、5060CM、7080CM、90100CM。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.2 钻土取样 垂直顺时针下钻，按所需深度，由浅入深，顺序取土当钻杆上所刻深度达到所取土层下限并与地表平齐时，提出土钻，即为所取土层的土样。将钻头零刻度以下和盒土钻开口处的土壤及钻头口外表的浮土去掉，然后将钻头平放，采用剖面去土的方法，迅速地用小刀刮去土样40-60克，放入盛土盒内，随即盖好盒盖，再将钻头内余土刮净并观测记录该土层的土壤质地。按上述步骤依次取出各个重复各个深度的土样。每个重复的土样取完后将剩余的土按原来对于层顺序填入钻孔中。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.2

15、钻土取样 应该尽量避免降雨时取土，特殊情况取土时碰到很小的降雨，应打伞避免土盒内进水。如降雨较大时，应停止操作。积雪情况下，可拨开积雪取土，并加以备注。当钻头出现滴水，而钻洞内又没有积水时， 取土正常进行，并加以备注。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.3 称重与湿土共重 土样取完带回室内，檫净盛土盒外表泥土，校准天平后逐个称重，以克为单位，取一位小数，然后复称检查一遍。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.4 烘烤土样： 因为标定系数是要长期使用的数据,故在每次烘烤时,必须严格执行规范要求的时长,多次抽样称量对比。 在核实称重无误后，打开盒盖，盒盖套在盒底，放入烘箱内烘烤。烘烤温度应稳

16、定在100-150之间，烘土时间的长短以土样完全烘干，土样重量不再变化时为准，具体时间视土壤性质而定。,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.4 烘烤土样： 从烘箱温度达到100开始记时，一般沙土、沙壤土约67小时、壤土78小时、粘土1012小时。然后从上、中、下不同深度层次取出46盒土样称重，再放回烘烤箱烘烤2小时，复称1次。如前后两次重量差均0.2克，即取后一次的称量值作为最后结果，否则，按上述方法继续烘烤，直到相邻两次各抽取样本的重量差0.2克为止。（参见农业气象观测规范78页）,四、取土烘烤与称重 严格执行规范,4.5称盒与干土共重： 烘烤完毕，断开电源，待烘箱稍冷却后取出土样并迅速盖好盒盖，进行称重，然后复称一遍，当全部计算完毕经检验确认无误时，才可倒掉土样。 4.5特殊情况处理的规定： 观测地段严禁人工灌水。降水影响取土时，可顺延到降水或灌溉停止可以取土时补测，原则上要保证每月观测次数不少于6次。如果地下水位比较高，在人工取土过程中，如发现某一层已渗水，则该层及以下层次不再对仪器观测数据与人工观测数据进行评估，在人工观测时注意观测和记录。,五、上报材