基于多频段GPR早期信号的绿洲盐渍土水分反演
黄天宝1
张金珠1
谭霄2
崔喜红3
侯斐斐4
许航2
王振华1
郭立2
1.石河子大学水利建筑工程学院,石河子 8320032.四川大学水利水电学院,成都 6100653.北京师范大学地理科学学部,北京 1008754.中南大学自动化学院,长沙 410083
摘要：干旱区绿洲农业持续面临水资源短缺与土壤次生盐渍化双重挑战,准确获取土壤水分时空分布特征对维系农业可持续发展意义重大.探地雷达(ground penetrating radar,GPR)等地球物理探测方法已成为中尺度土壤水分监测的可行手段.然而,传统GPR方法在高电导率盐渍土中因电磁波衰减与散射导致探测性能下降,同时现有GPR早期信号研究多局限于均质或低损耗介质,对高盐分与空间异质性并存的绿洲农田环境缺乏系统性验证,严重制约了该方法在盐渍土水分反演中的推广应用.本研究通过构建基于椭圆随机介质的多尺度盐渍土模型,结合正演模拟与新疆绿洲棉田野外试验,量化对比了天线频率(250 MHz和 1000 MHz)与早期信号指标中载频振幅(carrier frequency amplitude,CFA)和平均包络振幅(average envelope amplitude,AEA)在盐渍土水分反演中的表现.结果表明:(1)两种早期信号方法在电导率高达 0.36 S/m的盐渍土中仍保持稳定反演精度(R2>0.60),证实了GPR早期信号方法在强盐渍环境中定量反演土壤水分的可行性;(2)基于早期信号的盐渍土水分反演精度对天线频率和介质异质性高度敏感,其中 250 MHz低频天线在 0～30 cm耕作层水分监测中表现出较好的深度适应性和抗干扰能力,而 1000 MHz天线对表层小尺度异质体的散射效应更为敏感;(3)CFA指标在低土壤水(<15%)条件下对介电常数变化有更高的灵敏度,而AEA指标在高含水量(>20%)环境中表现出更高的稳定性.本研究提出了针对不同土壤异质性程度和水分条件的GPR早期信号盐渍土水分反演指标优化策略,并通过野外试验验证了 250 MHz天线配合CFA、AEA指标在绿洲农田环境的应用可行性,为干旱区绿洲农业水盐精准管理提供创新技术支持.
关键词：探地雷达早期信号盐渍土水分反演随机介质绿洲农田
分类号：P33(水文科学（水界物理学）)P341(地球物理学)
论文发表日期：2026-03-31
在线出版日期：2025-11-07（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 210-224 )
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