土壤水分監測系統監測數據誤差的分析
土壤水分監測系統監測數據誤差的分析
1.土壤水分監測系統安裝使用情況
1. 1儀器安裝情況
河南省南陽市氣象局觀測站2005年5月28日安裝了浙江托普儀器生產的土壤水分監測系統。探頭的安裝層次為：5厘米、10厘米、20厘米、30厘米、40厘米、50厘米、100厘米和180厘米，全部為TDR探頭；2005年6月9日、7月5-7日、9月下旬至10月上旬出現了較大的降水，安裝坑的土壤沉降造成20厘米、30厘米和50厘米、100厘米探頭折斷，后來連在一起的信號線把10厘米探頭拉斷。分析對比數據后發現，180厘米的探頭在10月中旬后可能己經被安裝坑的土壤沉降所壓彎，數據偏小。
1.2數據對比情況
按照有關規定，2005年6月上旬起進行對比人工測墑，每旬逢8日人工測定5, 10, 20, 30,40, 50和100厘米七個層次的土壤濕度；遇到10毫米以上的降水結束后兩小時內，人工測定5, 10,20, 30, 40和50厘米六個層次的土壤濕度。
2.誤差情況及原因
分析人工和自動監測數據有一定的偏差，具體情況及分析如下：
2. 1可以訂正的系統性誤差
根據南陽土壤水分自動站2005年10月8日至2006年3月18日的觀測資料，統計出七個層次的人工觀測記錄與取土同時的自動監測記錄有明顯的系統性誤差。如10厘米最小誤差9. 4%,最大誤差39. 1%,平均22. 5%,系統性偏大；40厘米最小誤差一5. 5%,最大誤差一1s. 7%,平均一12. 6%,系統性偏小（詳見附表1）0從圖1上明顯看出，南陽土壤水分自動站40厘米自動監測數據都在人工觀測數據的下方，存在系統性偏小的情況。經訂正后的40厘米自動監測資料與人工觀測資料比較接近了。
2. 2可以減少的非系統性誤差
2. 2. 1探頭被壓彎折斷造成的偏小誤差
對南陽土壤水分自動站2005年8月29日至2006年3月18日的觀測資料進行對比分析發現：2005年10月18日前，180厘米和100厘米自動監測以及人工觀測的土壤相對濕度都在100%左右，而2005年10月28日以后100厘米自動監測以及人工觀測的土壤相對濕度的變化趨勢很接近，在95%、100%之間，而180厘米的自動監測土壤相對濕度逐步降低到75%.
從儀器安裝后探頭的損壞情況看，隨著累計降水量的逐步增加，安裝坑內的回填土從淺層到深層逐步變濕下沉，探頭也相應的從上到下損壞。2005年9月上旬到10月上旬后整個安裝坑的回填土都變濕下沉，影響到180厘米探頭，但安裝坑的深度為200厘米，下沉幅度有限，因此180厘米探頭可能是被壓彎，從而造成自動監測數據偏小，沒被壓折斷，所以自動監測數據沒有變為“0”.
2. 2安裝坑積水造成的偏大誤差
2005年9月25日和29日人工觀測取樣時就發現雨水使安裝坑內的回填土下沉，坑內有一定的積水。這些積水浸泡著了探頭，因而顯示10厘米的自動監測數據非常大，而實際土層中不可能蓄積這么大的水分。
2. 3不可避免的時間滯后誤差
土壤水分自動監測的探頭安裝在一定的位置，而人工觀測的為該位置上面7厘米左右的土層。當降水滲透到人工觀測的土層上部，但沒有滲透到探頭位置時，人工觀測的數據肯定大于自動監測的數據：當長期無雨，土壤水分由淺層到深層逐步散失的時候，人工觀測的是土層上部較小的土壤濕度，而自動監測的是探頭位置相對較大的土壤濕度，因此人工觀測的數據肯定小于自動監測的數據。
從圖1可以看出，自動監測的數據變化相對平滑一些，而人工觀測的數據在自動監測的數據上下擺動，這反映了自動監測探頭對降水后土壤濕度增加和無降水造成土壤濕度降低時滯后的現象。這種滯后現象表現為時間上淺層早于深層，幅度上淺層大于深層。
3.減小土壤水分自動監測對比誤差的方法
3. 1嚴格按照規定的層次深度安裝土壤水分探頭；
3. 2安裝探頭尤其是TDR的探頭時，在安裝坑的剖面先挖一個10厘米深，10厘米直徑的圓洞，在圓洞中再鉆取安裝孔，安裝探頭后再用土填實圓洞，以避免回填土下沉壓折甚至壓斷探頭；
3. 3安裝坑回填土下沉時，及時添土，防止出現積水；
3. 4嚴格按照《規范》的規定進行人工觀測取土，重點做到：劃分四個取土區，每次取土各小區取一個重復；取土下鉆地點距前次測點1-2米；由淺入深，鉆桿下鉆的深度要正好達到所應取的深度；采用剖面取土的方法，爭取每次從土柱中取的土樣上下比例一致；
3. 5經過一定時段的對比觀測后，要及時調整有關的參數，以減少系統性的誤差。