自动土壤水分观测仪的实验室检测方法

随着我国气象高质量发展,气象观测和检定已向自动化全面推进,自动气象站已配备自动土壤水分观测设备,以减小人工观测误差,实现自动测量土壤水分含量,配备的传感器为FDR型自动土壤水分传感器。为保障气象观测数据的准确性,自动土壤水分传感器需每2年进行1次实验室检测,通过检测结果得出仪器性能,判定是否能继续投入使用。通过论述基本原理、主要参数及检测流程,明确自动土壤水分的检测要求,对在标准条件下的自动土壤水分观测仪器进行标定,确保投入使用的仪器观测所得数据可信。

基于差分的土壤墒情自动监测数据误差修正方法

土壤墒情自动监测设备能够快速、高效、连续地观测土壤墒情数据,但由于受安装调试水平、设备自身状态、以及田间环境变化的影响,在长期连续监测中输出数据的准确性和稳定性会逐渐降低,不利于墒情监测业务的开展。本文以北京市昌平区土壤墒情的人工和自动同步观测数据为基础,通过分析土壤墒情自动监测数据的误差特点,构建了一元一次、一元二次和一元三次差分方程对自动监测数据进行误差修正,并对修正后的误差特征进行分析。结果表明:经过差分修正后,20 cm深度的绝对误差均值减小了34%和24%,40 cm深度的绝对误差均值减小了67%和54%,自动监测数据误差显著下降;3种差分方程中线性差分方程表现最优;修正后的误差统计特性符合简单随机误差,可以通过求算数平均数的方法进一步降低误差。通过差分方法来修正自动监测数据简单易行,能有效的提高自动监测数据精度,充分能够发挥人工和自动监测的优势,提高监测体系整体性能。

安徽省自动观测土壤水分质量控制方法

概述了安徽省自动土壤水分站的运行现状,对全省自动站数据质量进行了较为详细的分析,对人工和自动站数据两者间绝对误差及相关性进行分析,并探讨了导致自动站数据误差的主要原因,初步确定了安徽省自动土壤水分数据业务质量控制的方法。结果表明:对比观测期间部分站点人工和自动站数据存在较明显误差,个别站点数据误差甚至高达20%以上,但有近60%的站点各土层人工和自动站数据线性相关系数在0.7以上,为仪器的订正提供了重要依据;同时分析了自动站在干旱和降水前后数据运行的稳定性情况,进而为特殊土壤水分条件下自动站提出了更高的数据质量要求;结合安徽省实际情况建立了两种比较合理的自动土壤水分质量控制方法,为业务上数据质量控制及仪器运行状态监控提供了支持。

中国自动土壤水分观测资料质量控制方法设计与效果检验

土壤湿度资料对气候变化、农业干旱监测、农业气象预报与服务等研究具有重要意义,为剔除土壤湿度观测资料中的异常数据,本文提出了一套适用于全国自动土壤水分观测资料的质量控制方法。首先,以2014年全国自动土壤水分观测资料为基础,根据资料中异常数据的特征将异常数据分为四类。其次,从界限值检查、内部一致性检查、时间一致性检查等方面提出:异常极值检查、异常增大检查、异常减小检查、异常恒定检查四类方法。最后,利用2014—2015年全国观测资料以及中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤体积含水量数据集产品(V2.0)对各检查方法应用效果进行检验,结果表明:(1)四类检查方法均可判断出自动土壤水分观测资料中的疑误数据;(2)四类检查方法的判定结果在时间连续性及空间分布上具有一定的一致性;(3)该质量控制方法可减小观测数据与CLDAS数据之间的均方根误差(RMSE)。目前,该方法已应用于我国气象资料处理业务系统。

中国自动土壤水分观测网运行监控系统建设

运行监控系统是全国自动土壤水分观测网观测数据分析和观测设备维护保障的实时业务平台,系统建设是全国自动土壤水分观测网建设的重要组成部分。系统采用C/S与B/S相结合的方式设计,总体功能包括设备运行状态监控、探测数据质量监控、探测产品分析显示、维护维修管理、站网信息管理和综合分析评估等6个功能模块。从系统结构、系统实现的主要功能以及系统建设所采用的关键技术等方面全面介绍中国自动土壤水分观测网运行监控系统的建设情况。

河南省自动土壤水分观测网的建设与运行管理

河南省是产粮大省,但是粮食生产时常受到旱灾的影响。为满足新时期抗旱工作的需要,河南省气象局自2009年开始布设自动土壤水分观测站,截至2010年年底在作物地段安装127部,在固定地段安装11部,自动土壤水分观测站网覆盖了全省120多个县区,形成了较为有效的土壤水分与干旱监测网络。为了实现高效管理、设备及时维护、确保自动土壤水分观测数据可用,河南省完善了台站日常维护工作流程,加强了保障部门业务监控和技术支持能力建设,加大了管理部门考核与管理力度,规范了对比观测、标定分析等业务标准。目前,河南省土壤水分服务产品有土壤重量含水率、体积含水率、相对湿度、有效水分贮存量分布图等;自动土壤水分观测资料已应用于农业气象周报、干旱服务材料、冻土深度、降雨渗透深度服务等方面。

自动土壤水分观测资料异常数据检测方法

针对全国自动土壤水分实时小时观测资料,结合仪器标定方法、土壤水文物理常数等因素,研究土壤水分固有变化特征,分析异常数据误差来源和阈值判定,利用频率检测、界限值检测、无降水突变检测、异常峰值检测、恒值检测五类方法对土壤水分观测资料进行质量控制实验和检验。结果表明:(1)自动土壤水分异常数据主要分为:粗大值、突变、异常峰值和僵值,主要由仪器失灵、土壤水文物理常数测定不准、传感器标校不合理等原因引起。(2)频率检测可有效检出因仪器故障引起的错误数据。目前该方法已应用于综合气象观测数据质量控制业务系统,用于开展全国实时自动土壤水分小时数据的质量控制和质量评估。

自动土壤水分观测站网构建及数据传输

江西省自动土壤水分观测站网是按照江西干旱成片性特点、区域代表性和农业发展布局而构建的,介绍了其站网结构、技术要求、仪器配置、数据和系统组成等,为开展相关建设提供技术参考。

短波红外垂直失水指数观测误差估计方法及其同化方案

发展了一个基于短波红外垂直失水指数的土壤水分观测误差空间分析方法,据此改进了以遥感和生态过程模型为基础的两阶段土壤水分同化方案.通过实地同化实验,证明了改进的土壤水分同化方案能较好地体现空间植被覆盖和数量的异质性导致的表层土壤水分的空间变异,进一步提高了遥感数据在空间上的同化精度.

DZN3自动土壤水分观测仪的故障诊断及维护维修

文章介绍了湖北省自动土壤水分站的运行现状,以及实现了土壤水分的自动监测对农业生产和科学研究的重要意义,简要概述了DZN3型自动土壤水分观测仪的工作原理和系统结构,总结了湖北省自动土壤水分观测仪使用中出现的故障,提出自动土壤水分观测仪的维护及维修方法,并对站点的日常维护提出了建议,供气象业务人员参考。

基于明水县的自动与人工土壤水分观测数据对比分析

为研究黑龙江省明水县自动站资料的适用性,比较了2013年2月28日—2014年11月8日期间明水自动站所测得的土壤水分与人工观测情况下的土壤水分含量,进而分析自动水分观测站与人工观测的土壤湿度之间的差值、差值概率以及不同方法观测所得数值的相关系数,并通过对比自动站与人工观测数据制作了订正方程以消除部分差异。结果表明,2013年2月28日—2014年11月8日期间,明水县人工与自动站观测数据的相关性在各层均表现为显著,自动站观测的土壤相对湿度值高于人工观测值,0~10 cm土壤浅层和30~40 cm深层的差值较小,20~30 cm和40~50 cm土壤层次差值较大,最后根据自动水分观测站与人工所测得的数据制作了订正方程,其可消除二者之间的部分差异。人工观测的数据与自动站取得的数据的变化趋势较为一致,自动水分观测站所测得的资料基本可以代替人工观测数值。

影响全国自动土壤水分站运行能力因素分析

文章以综合气象观测系统运行监控平台(ASOM 2.0)自动土壤水分站点为基础,介绍了自动土壤水分站运行能力评估算法,并从影响运行能力的观测数据质量等方面分析了影响运行能力的主要因素和原因。分析发现,影响自动土壤水分站运行能力的主要因素是观测数据质量,其次是数据传输能力。而影响数据质量的主要原因是由人工订正参数不合适、传感器故障、土壤环境维护不到位、文件格式错误等引起。

湖北省自动土壤水分观测站检定后的数据分析

文章概述了湖北省自动土壤水分站的运行情况,以及完成自动土壤水分监测对农业生产和科学研究的重要意义。通过对湖北省DZN3型自动土壤水分观测传感器检定后数据的比较,分析了人工和自动站观测数据的绝对误差及其相关性,并探讨了导致自动站观测数据误差的主要原因,同时对未通过检验的站点的日常维护提出了建议,介绍的方法为今后开展土壤水分观测传感器检定奠定了基础。

新型自动土壤水分传感器与传统FDR法传感器性能对比分析

本文在传统FDR法自动土壤水分传感器基础上,通过重新设计测量电路,开发了一种新型自动土壤水分传感器,并在实验室内开展了新型传感器电气性能、测量性能、抗温度变化特性、抗盐碱性能等传感器特性与传统FDR法自动土壤水分传感器的对比分析或试验。通过对比分析或试验,结果表明:新型自动土壤水分传感器可以实现土壤水分的连续监测,满足传感器的测量性能需求;新型自动土壤水分传感器与传统FDR法自动土壤水分传感器相比,标定过程相对简单、测量精度及测量准确性更高、抗干扰性更强、稳定性更高。新型自动土壤水分传感器的研发设计,提高了土壤水分监测的准确性、稳定性,为自动土壤水分观测仪的升级换代提供了技术支撑。

TDR土壤墒情传感器在贵州铜仁地区的应用初探

针对贵州铜仁地区自动墒情监测站(FDR)上报数据不准确的问题,在贵州铜仁市水文水资源局院内安装了1套XHG1800型墒情自动监测系统(TDR),与人工取土烘干方法进行了45d的数据对比试验。结果表明:XHG1800型墒情自动监测系统(TDR)上报的数据合格率达到90.48%,符合土壤墒情监测规范的要求。表明该系统在贵州铜仁地区的适应性良好,具有全面推广的价值。

宁夏自动土壤水分观测站标定的全过程分析

分析宁夏自动土壤水分观测站标定的全过程,阐明自动土壤水分站标定的全道工序,对关系标定成功与否的取土前对站址整改、土壤基本参数测定、人工取土对比观测和业务化检验审核这几个关键阶段需要注意的问题进行分析,提出对策措施。这对于今后的自动土壤水分站建设标定工作有一定的指导意义。

江苏省自动土壤水分观测与人工观测对比分析及应用

利用2010年江苏省20个土壤水分站的自动站与人工观测资料,分析了自动站与人工观测的对比差值、相关系数和各自的方差等。结果表明:人工观测值平均高于自动站观测值,两者在浅层的平均差值最小,相关性最好。随着土壤深度的加深,人工与自动观测对比差值增大,相关性减小,在出现强降水时尤为明显。在有效降水较少时,各层人工观测方差均明显大于自动站观测。自动站观测方差在浅层为最大,随深度的加深而明显降低,因为受降水影响很小,而表现比较稳定。人工观测却受降水影响相对较大,方差平均值在各层表现波动均较大,在较深层波动更明显。最后通过多元线性回归方法,以六合站为例初步建立了土壤干旱预报模型并检验其预报能力。

DZN2型自动土壤水分仪数据错误原因分析

土壤水分观测仪是一种较为先进的土壤水分自动化测量仪器,其产生的土壤水分自动化观测资料可为农业、水利、气象等部门和公众提供土壤墒情等决策服务材料,指导农业生产和灾害评估。本文针对自动土壤水分观测仪周边观测环境变化以及站址迁移等问题导致自动土壤水分数据错误的原因进行了分析,并提出相关解决方案,以期提升观测数据的准确性。

便携式自动土壤观测仪校准测试方法

针对自动土壤水分观测仪定期校准需要中断该设备正常连续观测时间以及设备送检的时间成本、运输成本和运输风险等问题,提出了一种自动土壤水分观测仪的现场校准方法。首先,分析了水分分布对铜环式自动土壤水分观测仪观测数据的影响;其次,设计了自动土壤水分观测仪在不同距离、同等水分条件下的电信号变化试验;最后,建立了自动土壤水分观测仪电场中水分分布对观测数据的影响模型,得到了水分分布与电场中心的距离和电信号变化之间的关系。结果表明,建立的模型在距离传感器外缘45 mm处,直径和高度均为10 mm的圆柱形水体的权重为0.015,能满足铜环式自动土壤水分观测仪分辨力0.02的要求,验证了便携式自动土壤水分观测仪检测方法的可行性。

自动土壤水分观测站业务化检验分析

土壤水分监测对农业生产和科学研究都具有重要意义,自动土壤水分观测数据得到了广泛应用,实现了土壤水分的自动监测。通过对天津新建DZN3型自动土壤水分观测站业务化检验过程进行介绍,分析了自动观测数据的到报率和土壤常数的测定,并对人工与自动观测数据做了详细的对比分析,通过两个实例分析了对比检验的方法,确定了能够业务化运行的自动土壤水分观测站,分析了站点未通过检验的原因,并对重新进行业务化检验的站点和日常维护提出了建议,介绍的方法为今后开展相关业务化检验奠定了基础。