最新发表:基于探地雷达的粗根含水量估测方法

发布日期:2021-04-13 15:51
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RWC
研究简介:
      根含水量(root water content)是影响植物根系生理活动的一个重要指标,也是全球地下生物量估算研究中干-湿质量转换的关键因子。然而,目前对根含水量的野外测量主要依赖于破坏性的直接挖掘方法,这极大地阻碍了根含水量的长期、重复和大范围监测。探地雷达是一种中尺度的近地表地球物理探测技术,目前已经被广泛用于粗根的无损探测。
      本研究提出一种利用探地雷达估测粗根含水量的方法。该方法首先基于发展的探地雷达数据自动化处理框架,在雷达图像上自动识别粗根反射、确定粗根位置和提取粗根反射波的波形参数。然后,基于提取的波形参数,发展了两个粗根含水量估计模型,即一个经验模型和一个半经验模型,并最后利用这两个模型估计根含水量。
      通过模拟和实地测量数据验证,所建立的经验模型和物理模型都能够使用500 MHz,900 MHz和2 GHz频率的雷达数据有效估计粗根含水量,而且精度相近。其中,两个模型利用模拟数据的估计结果的RMSE都低于8%,利用实地数据的估计结果的RMSE都低于12%。当使用2 GHz频率的雷达数据估计粗根含水量时,两个模型都取得了最高的估计精度。
      本研究提供了一种野外测量粗根含水量的新方法,增强了探地雷达对根系探测研究的应用能力,对理解和模拟植物根区生态水文过程具有重要意义。

该成果已在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing在线发表 (https://ieeexplore.ieee.org/document/9386224)
Liu, X., Guo, L., Cui, X., Butnor, J.R., Boyer, E.W., Yang, D., Chen, J., Fan, B., 2021. An automatic processing framework for in situ determination of ecohydrological root water content by ground-penetrating radar. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing., pp.1–15.
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