基于探地雷達的田塊尺度下不同深度土壤含水量監測

張文瀚 杜克明 孫彥坤 劉布春 孫忠富 馬浚誠 鄭飛翔

摘要：為確定田塊尺度下探地雷達對不同深度及相鄰反射層間土壤含水量的反演精度、有效反演深度、最佳反演深度及最優反演模型，本研究采用1000 MHz 中心頻率探地雷達設備，分別在無降雨偏干旱土壤和降雨后濕潤土壤兩種條件下，在選定農田區域基于共中心點法采集雷達波數據，提取有效地表波與反射波數據，通過雙曲線擬合法分別獲取不同深度反射層雷達波的傳播速度，計算得出土壤的相對介電常數，最后根據土壤體積含水量和介電常數之間的經驗模型計算獲得不同深度的土壤體積含水量。通過Topp、Roth、Herkelrath和Ferre四種經驗模型分別進行土壤體積含水量反演測定，同時以利用烘干法獲取的代表性測定土壤含水量實測值為指標進行精度驗證。田間試驗結果表明，1000 MHz 探地雷達的有效反演深度范圍為0～50 cm;土壤偏干旱和偏濕潤條件的最佳反演深度分別為50 cm 和40 cm; Roth 模型相關性最好，決定系數 R2最高為0.750，且 Roth 模型反演土壤含水量值最穩定，在土壤偏干旱和偏濕潤條件下均方根誤差（ Root Mean Square Error ，RMSE ）平均值分別為0.0401 m3/m3和0.0335 m3/m3;相對誤差（Relative Error ，RE ）最低為3.0%。探地雷達具備對定量深度田間土壤含水量快速、精準監測的能力，但其反演模型需根據不同土壤類型等條件進行相應參數校正。

關鍵詞：探地雷達;土壤含水量監測;共中心點法;最佳反演深度;最優反演模型;Roth 模型

中圖分類號：P412.25;S152.7???????? 文獻標志碼：A?????????????? 文章編號：SA202202010

引用格式：張文瀚， 杜克明， 孫……