海南省自動土壤水分觀測數據異常原因分析

■ 施晨曉 陳珍莉 劉霄燕 王小潔 羊清雯 江益 陳海莉

分析了DZN3型自動土壤水分觀測儀在實際業務應用中出現的數據異常情況及原因，對多種數據異?，F象進行總結，發現造成海南省自動土壤水分觀測數據異常的原因主要在四個方面：1）傳感器等儀器部分出現故障；2）人工對比觀測、土壤水文物理常數錯誤；3）觀測土層發生變化；4）網絡傳輸中斷、斷電等客觀條件影響，造成數據無法正常傳輸。

土壤水分能夠很好地反映土壤的干濕狀況，是陸氣循環中一個重要參數。海南省曾采用人工取土觀測的傳統方法對每旬的土壤水分進行觀測記錄。該方法時效性和準確性較差，無法滿足生態環境、水文狀況及農田干旱等實際業務和科研需求。2013年，海南省開始土壤水分自動觀測，減輕業務觀測人員的工作強度，保證數據的時效性，滿足業務和科研的需求。土壤水分自動觀測要求業務觀測人員需具備分析、處理土壤水分數據與傳輸，維護與維修儀器與觀測場地等能力。針對海南省土壤水分數據的數據分析研究較少，因此，本文分析和整理海南省常見土壤水分數據異常情況、原因及應對措施，幫助業務人員提高業務工作的能力，以期提高數據質量。

1 自動土壤水分觀測系統結構組成及觀測原理

1.1 自動土壤水分觀測系統結構組成

海南省土壤自動觀測站采用的是中國華云公司生產的DZN3型自動土壤水分觀測儀（圖1）。DZN3型自動土壤水分觀測儀主要由室外部分和室內部分組成。其中，室外部分包括多點可調土壤水分探測器、數據采集器、通信單元和系統電源四個部分。室內部分主要是微機終端，用于處理采集到的數據，通過應用軟件實現對采集器的實時數據采集和監控。

1.2 自動土壤水分觀測儀觀測原理

多點可調土壤水分探測器采用土壤水分頻域反射（FDR）測量技術及多通道數據采集技術（圖2）。該技術原理是利用土壤介電常數與頻率信號、土壤水分的關系，即當在兩個電極之間加上電壓時，振蕩回路會產生頻率信號，頻率的大小隨土壤介電常數而改變，通過測量頻率信號從而測量出土壤水分。該測量方法既具有時域反射（TDR）法的所有優點，如操作簡易、不破壞土壤本來結構等，也可實現對土壤水分準確、及時、連續的動態觀測、存儲及傳輸土壤水分信息。但也存在一些問題，比如易受土壤空隙影響；傳感器安裝條件要求較高；對土壤電導率較敏感等。

圖2 多點可調土壤水分探測器感應示意圖

2 數據資料來源

土壤水分數據來源于海南省18個自動土壤水分觀測站，共選取了2014—2018年0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm共5層的土壤水文物理常數、小時和日土壤體積含水量、小時土壤相對濕度進行分析（圖3）。

其三，進口氣過快增長，資源均衡性和保障性不足，多元化供應體系亟待完善。我國天然氣對外依存度快速攀升，進口氣量從2010年的175億立方米迅速增長至2017年的946億立方米。進口來源地雖已超過20多個國家和地區，但進口來源主要集中在土庫曼斯坦、澳大利亞和卡塔爾3國，占進口量的70%以上。天然氣進口保障的不確定性增加。上述3國與我國在地理上屬于同緯度，冬季進口管道氣易受寒潮影響發生欠量，造成短期供應緊張；LNG進口受氣象、海況、航道等影響，不可控因素增多，亟待建立天然氣進口資源保障機制。

1.2.1 對照組 ①標本采集：新生兒出生72 h后，取血液樣本(采血部位一般為足跟部內、外側)，并將其滴于采血濾紙上，使其自然晾干，實施密封保存與2～8 ℃冰箱內；②測定方法：根據原衛生部新生兒疾病篩查技術規范規定，采用時間分辨熒光免疫法篩查CH，應用熒光法篩查G6PD缺乏癥，采取熒光免疫分析法篩查PKU，所有操作均嚴格相關標準來執行；③隨訪、治療方法：手工記錄篩查結果，并通過電話方式通知新生兒家屬，對其進行隨訪，告知進行治療等。

圖3 海南省自動土壤水分觀測站點分布

3 數據異常情況及原因分析

3.1 土壤水分傳感器故障導致數據異常

圖4給出了東方站2016年4月1日21時—5月31日20時（北京時，下同）各層次日平均土壤體積含水量的變化圖。從圖4可知，0～10 cm、30～40 cm曲線波動變化幅度較大，其他層次變化趨勢基本一致。0～10 cm處于表層，受外界影響較大，尤其是降水期間。30～40 cm土層在分析期間無論有沒有降水，其體積含量均有較大的波動，如4月14—15日該站無降水（圖4紅框），30～40 cm土層14日的土壤體積含水量為3.5%，至4月15日該站的土壤體積含水量降至1.7%，降幅達51.4%。其他層次雖呈下降趨勢，變化幅度較少，比如40～50 cm，其下降了0.1%。5月2—11日亦是相同情況，此處不再贅述。

為了更好說明傳感器故障造成數據異常，選擇無降水發生時段內的小時數據變化進一步討論。圖5是東方站2016年4月29日22時—5月12日20時各層次小時土壤體積含水量變化。由圖5可知，東方站2016年4月29日22時—5月12日20時內無降水發生。除30～40 cm外，其他各土層的土壤體積含水量變化趨勢基本一致。在無外界因素影響下，30～40 cm的土壤體積含水量劇烈波動變化，出現0.0%的土壤體積含水量，各小時間的差值最大值也較大，最大相差2.5%。相應的，該層次的土壤相對濕度也發生劇烈波動變化，相對濕度達到0.0%，各小時間的差值最大相差50.0%（圖略）。

屯 昌 站2 0 1 4年7月1 8日0 4時 以 前 降 水 量 僅0.9 mm，各層次的土壤相對濕度均偏低（圖8）。至06時有12.9 mm的降雨，除0～10 cm的土壤相對濕度呈下降外，其余各層次均有所上升，但相對濕度仍偏低，均在70%以下。從18日06—20時共有156.0 mm的降水量，各層次均未達到飽和，特別是30～50 cm，基本在60%左右。且該站的土壤質地為壤土，降水不會迅速往下滲，即表層的土壤相對濕度應達到100%，但實際并未達到飽和。在降雨初期的土壤相對濕度雖不會馬上達到飽和，但隨著降水不斷積累，土壤中的水分不斷往下滲透，深層土壤相對濕度應逐漸趨于增大或飽和，但實際一直處在干旱邊緣，不符合土壤水分的一般變化規律。

產品價格也是影響顧客滿意的一個重要因素。顧客在進行產品選擇的時候，首先關注的就是產品的外觀和質量，其次就是關注產品的價格。只有顧客認為產品的質量符合這個價格，性價比比較高時才會選擇購買。因此，企業要對其產品制定合理的價格，既能實現產品的商業價值，又在顧客的承受范圍之內，從而促進顧客購買該產品，實現顧客滿意，提高企業的經濟效益。

3.2 人工對比觀測失誤導致數據異常

造成后者的原因可能是多方面的，例如：一是省局的綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）出現故障，導致數據不能入庫，且土壤水分觀測無備份站數據，無法對缺失數據進行代替；二是由于當地斷電造成數據資料缺測；三是由于當地通訊故障或是通訊信號不穩定，造成數據無法進行正常傳輸。

人工對比觀測至少進行半年，逢3、逢8對各層進行一次取土觀測和測定，人工主要測定的對象是土壤重量含水率，而自動儀器觀測的是土壤體積含水量，因此需再經土壤容重反推得到人工觀測的土壤體積含水量。將各層人工對比觀測數據與儀器觀測數據進行分析比較，并建立各層相應的對比曲線及擬合計算公式，從而確定儀器的訂正系數：

其中，Y為訂正值，X為儀器的測量值，A0、A1為訂正系數。

利用訂正系數將每個土層的體積含水量原始自動觀測值訂正至接近人工測定值。但經過訂正后的自動觀測土壤水分需根據土壤容重、田間持水量和凋萎濕度等土壤水文物理常數才可計算得到土壤重量含水率、土壤相對濕度和土壤有效貯水量，因此在進行人工對比觀測前，還需進行土壤水文物理常數的測定。在完成所有土壤水分要素的訂正和計算后，再連續人工對比觀測1個月（不少于6次），達到業務化檢驗標準后，才可投入業務進行觀測使用。

2014年8月，澄邁自動土壤水分觀測站由瑞溪鎮加巨坡搬遷至福山鎮紅光農場。澄邁自動土壤水分觀測站于2015年3月結束半年的人工對比觀測，2015年5月14日08時起啟用新站觀測數據。

根據以上模型的建立與分析可知，當賣家選擇“標出稅額”的策略時，買家選擇“購買單件化妝品”的可能性較大；當賣家選擇“不標出稅額”的策略時，買家選擇“購買套裝化妝品”的可能性較大。又因為前者策略組合可使賣家獲得更大的收益，故可判斷賣家選擇“標出稅額”，買家選擇“購買單件化妝品”是對雙方都更為有利的策略。這一結論基本適用于需求彈性正常產品?；诖私Y論，提出以下建議。

圖6 澄邁站土壤體積含水量人工對比觀測資料

圖7 澄邁站2015年5月7日21時—21日20時各層次土壤體積含水量變化

造成此類數據異常的原因有三種情況：一是在進行人工對比觀測的過程中，人工觀測樣本質量偏低，使得人工對比擬合訂正系數的相關性較差；二是土壤水文物理常數測定錯誤，即當土壤容重或田間持水量偏大，均會導致土壤相對濕度偏??；三是儀器變性。先對觀測土壤水分場地、儀器及其傳輸過程等進行逐一排查，未發現異常。根據土壤體積含水量與土壤相對濕度之間的關系，將人工對比觀測記錄及其數據進行重新審核分析，結合觀測數據發現，擬合訂正系數偏低，且土壤水文物理常數偏大，造成所觀測的土壤體積含水量值偏小，相應地，其他計算土壤水分要素值偏低。因此，為了保證數據的準確率，該站需重新進行人工對比觀測，并通過公式（1）重新建立各土層的訂正系數以及土壤水分物理常數。

根據以上異常數據的表現特點，初步分析數據異常的原因可能有兩點，一是臺站在維護時，由于操作不規范，傳感器的標號與各土層出現倒置；二是人工對比觀測失誤?；谏鲜鰞蓚€可能原因，首先確定儀器已正確安裝。其次將人工對比觀測前后及期間的數據進行比較、分析發現，人工對比觀測反推得到土壤體積含水量因測定的重量含水率或土壤容重有誤而出現該站整個土層的數據發生嚴重偏差。

原文：http://www.dpm.org.cn/collection/ceramic/226720.html?hl=%E8%B1%A1%E8%80%B3%E8%BD%AC%E5%BF%83%E7%93%B6

因此，該站需重新按規范進行人工對比觀測，并結合儀器觀測數據，重新標定人工對比擬合訂正系數。

3.3 土壤水分觀測土層變動導致數據異常

表1為昌江站2016年8月2日07—19時各層次的土壤體積含水量與相對濕度的數據對比。從表1看出，該時間段內的土壤體積含水量正常，但各層次的土壤相對濕度均為100%。昌江屬于海南西部較干旱地區，觀測場內的土壤質地為粗砂土。在無降水情況下，各層次土壤中的水分含量均達到飽和，不符合土壤相對濕度變化規律，判斷土壤相對濕度數據錯誤。

經核查發現，2016年6月22日昌江站觀測環境進行改造，致使觀測地段地面抬高，各層次觀測土層的土壤水文物理特性常數發生變化，但仍采用之前的參數，造成土壤水分其他要素計算錯誤。經重新測量各層次土壤水文物理特性常數，至2017年4月數據完全恢復正常。

“草地的四周有高墻圍著，第一塊花木區過去是草地滾木球場，過了滾木球場時一條長長的階徑，再過去是鐵柵欄，越過柵欄可以看到毗鄰的荒地上的樹梢?！盵3]在1813年一月底寫給卡桑德拉的一封信中，奧斯汀說：“如果你發現北安普敦郡是否是四處灌木樹籬的鄉村，我就會高興了”(29 January 1813)。此時她已經著手寫作曼斯菲爾德莊園有一段時間了，小說的場景就是在北安普敦郡。伍爾夫（Virginia Woolf）認為，由于奧斯汀對“真實性”的嚴苛，“當她發現樹籬在北安普敦郡并不生長，她就刪掉，也不冒險捏造不可能存在的東西”。[4]達克沃斯（Duckworth）也同意這一說法。[5]

3.4 土壤水文物理常數錯誤導致數據異常

當出現數據異常時，先對數據采集器中各層次各土壤要素的觀測數據進行分析檢查，發現僅有30～40 cm的數據異常。然后檢查數據采集器上的通訊電纜，也未發現異常，因此初步斷定可能是30～40 cm傳感器部分在觀測時出現故障。更換30～40 cm傳感器后，數據恢復正常。由此，傳感器不穩定或接觸不良，導致數據異常。

表1 昌江站2016年8月2日07—19時各層次土壤體積含水量（單位：%）與相對濕度（單位：%）對比

圖8 屯昌站2014年7月17日21時—18日20時各層次土壤相對濕度

由土壤體積含水量與土壤相對濕度之間的關系（公式略）可知，在觀測土壤體積含水量無誤的情況下，當土壤容重或田間持水量出現錯誤時，便會導致土壤相對濕度錯誤。

圖6為澄邁站在對比觀測期間，人工觀測各土層間土壤體積含水量的變化趨勢。從圖6可看出，對比觀測期間，各土層間土壤體積含水量變化趨勢為深層土層土壤體積含水量小于淺層土層體積含水量，即各土層間從小到大的順序為40～50 cm＜30～40 cm＜20～30 cm＜0～10 cm＜10～20 cm。圖7為澄邁站2015年5月7日21時—21日20時各層次土壤體積含水量變化圖。由圖7可知，自2015年5月14日08時啟用新站數據開始，所有土層數據發生倒轉，即2015年5月14日08時前各土層土壤體積含水量由小到大的順序為0～10 cm＜10～20 cm＜20～30 cm＜30～40 cm＜40～50 cm，至2015年5月14日08時起，土壤體積含水量由小到大的順序則變為40～50 cm＜30～40 cm＜20～30 cm＜10～20 cm＜0～10 cm，并一直維持至今。由此看出，在進行人工觀測對比期間，各層觀測的土壤體積含水量值已發生倒轉。

3.5 其他客觀原因等造成數據缺失

在數據傳輸過程中，偶爾會發生采集器等儀器本身故障導致數據無法傳輸，造成數據缺測，或采集器等儀器本身工作正常，但在終端始終無法接收到數據。

前者是由于采集器等儀器本身原因所造成數據缺測。如文昌站2018年9月11日因電源轉換器故障，造成當日09—14時無數據傳輸。保亭站2018年10月23日20時—24日17時因儀器故障維修造成該期間無觀測數據。瓊中站2018年11月15日因土壤采集器故障，造成當日16時—次日14時數據缺測。該情況需及時更換、維護儀器，盡快恢復數據正常傳輸。

搬遷新站需先進行人工對比觀測及土壤水文常數的測定，做好這兩項工作，才能做好系數訂正、換算和監測精度檢驗等工作，以保證新站數據的準確性和可用率。

4 結論與討論

海南省自動土壤水分觀測儀自投入實際業務應用以來，數據異?，F象時有發生，造成其原因主要有5種：1）自動土壤水分觀測儀傳感器、采集器、電源轉換器等儀器本身故障，導致某層次的數據異常，或是無法采集數據導致數據缺測，影響土壤水分數據的時效性和準確性；2）探測環境改變導致土壤水分數據異常，影響數據的準確性和可用性；3）前期人工對比觀測失誤造成土壤水文物理參數，或不及時測定調整土壤水分物理常數，或訂正常數錯誤，影響儀器參數的設定，導致土壤水分需計算的要素錯誤，使得數據的準確度和可用率降低；4）業務人員未及時在報表中備注數據處理情況，如小時數據連續異常變化（需缺測處理）、小時數據較前后時次異常（需內插處理）、觀測環境改變或是遷站，影響數據的可用性；5）網絡傳輸中斷，斷電等客觀條件影響，造成數據無法正常傳輸，影響數據的時效性。

如果要為中國印刷產業改革開放40年的歷程尋找一位見證者，我想海德堡應當之無愧于這個角色。從早期通過寶隆洋行進入中國市場，到后來在中國開設公司、建立組裝廠，海德堡見證了中國印刷產業崛起、壯大、變強的全過程，伴隨著中國印刷產業的成長，一路同行。而中國市場于海德堡而言，亦是其最大單體市場。相攜40年，作為全球印刷行業領袖型企業的海德堡，如何看待中國市場發生的種種變化，解讀未來，我們與海德堡大中華區CEO黃連光的交流就從這個問題開始。

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2.2.3 遙感影像數據。使用從地理空間數據云下載的時點為2016年8月分辨率為16m的Landsat-OLI影像。利用ENVI5.3軟件，對影像進行輻射定標、大氣校正、裁剪與鑲嵌、正射校正，糾正圖像的輻射特性，解決圖像的幾何畸變，得到預處理以后的影像。

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為了保障本省自動土壤水分觀測站正常運行，避免土壤水分數據的缺測和異常數據，建議臺站業務人員注意以下幾點：1）根據《自動土壤水分觀測規范（試行2011）》要求，臺站應選擇合理規范的觀測地點，進行人工對比觀測，認真設置儀器參數。但該項工作量較大，也可以結合多方面的考慮，比如土壤質地、土壤結構等，可在合理的范圍內對參數等進行適當的調整，使觀測值變化較之前合理。2）查看數據時應注意土壤水分數據變化情況，結合當時的天氣條件或當地天氣變化趨勢分析判斷，注意各層次間、各層次前后時次的土壤水分數據變化。及時處理異常數據，并做好數據處理備注。3）臺站業務人員需不斷提高自身的業務素養，加強業務知識學習，本著認真負責的工作態度，做好儀器維護和場地巡視工作，做好數據處理備注工作。4）網絡傳輸中斷等客觀原因造成數據無法正常傳輸，臺站業務人員可在土壤水分月報表中做好備注，以便日后查閱。

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由表1可知，棚內溫度要小于棚外溫度，綠棚溫度高于黑棚溫度；濕度以棚外最高，并且黑棚的濕度高于綠棚；光照度以棚外最高，綠棚高于黑棚，并且棚內直射光線明顯減少，而漫射光線增多。

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我向公司請了幾天假，說是家里有事，再加上年假，大概有10天的時間，夠我出去走一走了。其實是想躲避林全，希望在黃玲回來之前，可以平安無事。我已經打定主意，等她回來，我會告訴她這個男人的真實面目，讓她離開他。

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