土壤水分监测系统监测数据误差的分析

　　1.土壤水分监测系统安装使用情况

　　1. 1仪器安装情况

　　河南省南阳市气象局观测站2005年5月28日安装了浙江托普仪器生产的土壤水分监测系统。探头的安装层次为：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，全部为TDR探头；2005年6月9日、7月5-7日、9月下旬至10月上旬出现了较大的降水，安装坑的土壤沉降造成20厘米、30厘米和50厘米、100厘米探头折断，后来连在一起的信号线把10厘米探头拉断。分析对比数据后发现，180厘米的探头在10月中旬后可能己经被安装坑的土壤沉降所压弯，数据偏小。

　　1.2数据对比情况

　　按照有关规定，2005年6月上旬起进行对比人工测墒，每旬逢8日人工测定5, 10, 20, 30,40, 50和100厘米七个层次的土壤湿度；遇到10毫米以上的降水结束后两小时内，人工测定5, 10,20, 30, 40和50厘米六个层次的土壤湿度。

　　2.误差情况及原因

　　分析人工和自动监测数据有一定的偏差，具体情况及分析如下：

　　2. 1可以订正的系统性误差

　　根据南阳土壤水分自动站2005年10月8日至2006年3月18日的观测资料，统计出七个层次的人工观测记录与取土同时的自动监测记录有明显的系统性误差。如10厘米最小误差9. 4%,最大误差39. 1%,平均22. 5%,系统性偏大；40厘米最小误差一5. 5%,最大误差一1s. 7%,平均一12. 6%,系统性偏小（详见附表1）0从图1上明显看出，南阳土壤水分自动站40厘米自动监测数据都在人工观测数据的下方，存在系统性偏小的情况。经订正后的40厘米自动监测资料与人工观测资料比较接近了。

　　2. 2可以减少的非系统性误差

　　2. 2. 1探头被压弯折断造成的偏小误差

　　对南阳土壤水分自动站2005年8月29日至2006年3月18日的观测资料进行对比分析发现：2005年10月18日前，180厘米和100厘米自动监测以及人工观测的土壤相对湿度都在100%左右，而2005年10月28日以后100厘米自动监测以及人工观测的土壤相对湿度的变化趋势很接近，在95%、100%之间，而180厘米的自动监测土壤相对湿度逐步降低到75%.

　　从仪器安装后探头的损坏情况看，随着累计降水量的逐步增加，安装坑内的回填土从浅层到深层逐步变湿下沉，探头也相应的从上到下损坏。2005年9月上旬到10月上旬后整个安装坑的回填土都变湿下沉，影响到180厘米探头，但安装坑的深度为200厘米，下沉幅度有限，因此180厘米探头可能是被压弯，从而造成自动监测数据偏小，没被压折断，所以自动监测数据没有变为“0”.

　　2. 2安装坑积水造成的偏大误差

　　2005年9月25日和29日人工观测取样时就发现雨水使安装坑内的回填土下沉，坑内有一定的积水。这些积水浸泡着了探头，因而显示10厘米的自动监测数据非常大，而实际土层中不可能蓄积这么大的水分。

　　2. 3不可避免的时间滞后误差

　　土壤水分自动监测的探头安装在一定的位置，而人工观测的为该位置上面7厘米左右的土层。当降水渗透到人工观测的土层上部，但没有渗透到探头位置时，人工观测的数据肯定大于自动监测的数据：当长期无雨，土壤水分由浅层到深层逐步散失的时候，人工观测的是土层上部较小的土壤湿度，而自动监测的是探头位置相对较大的土壤湿度，因此人工观测的数据肯定小于自动监测的数据。

　　从图1可以看出，自动监测的数据变化相对平滑一些，而人工观测的数据在自动监测的数据上下摆动，这反映了自动监测探头对降水后土壤湿度增加和无降水造成土壤湿度降低时滞后的现象。这种滞后现象表现为时间上浅层早于深层，幅度上浅层大于深层。

　　3.减小土壤水分自动监测对比误差的方法

　　3. 1严格按照规定的层次深度安装土壤水分探头；

　　3. 2安装探头尤其是TDR的探头时，在安装坑的剖面先挖一个10厘米深，10厘米直径的圆洞，在圆洞中再钻取安装孔，安装探头后再用土填实圆洞，以避免回填土下沉压折甚至压断探头；

　　3. 3安装坑回填土下沉时，及时添土，防止出现积水；

　　3. 4严格按照《规范》的规定进行人工观测取土，重点做到：划分四个取土区，每次取土各小区取一个重复；取土下钻地点距前次测点1-2米；由浅入深，钻杆下钻的深度要正好达到所应取的深度；采用剖面取土的方法，争取每次从土柱中取的土样上下比例一致；

　　3. 5经过一定时段的对比观测后，要及时调整有关的参数，以减少系统性的误差。