改进热探针方法测量野外土壤水分含量及热特性

加热探针方法包括双针方法，也包括单针方法。传统的单针方法可以用来测量得到土壤热导率。双针方法可以测量得到土壤比热、热导率、水分含量、蒸发量、雪的密度。目前无论是单针还是双针方法都具有很大局限性：单针方法只能测量得到土壤热导率；而双针方法在野外应用过程中，容易导致探针弯曲变形，从而导致探针间距变化，进而增加测量误差。 本研究拟通过室内外实验、理论模型和计算机模拟解决以下问题：.（1）双针方法探针间距在野外的标定。.（2）探针内部填充物以及土壤颗粒形态结构对测量得到的比热，热导率的影响。.（3）地表太阳辐射，土壤温度剖面对加热探针结果的影响以及消除该影响的方法。.（4）将双针方法推广到能应用于测量得到冻土比热，热导率，和冰含量。. (5) 探索将单针方法应用到能够用于测量得到土壤比热，和土壤水分含量。

资助三年期间，相关热脉冲探针的研究工作已经转化为以第一作者身份发表的5篇SCI论文。其中四篇发表在美国土壤协会会刊.SSSAJ上,另有一篇发表在Can.J.Soil Sci上。有关探针间距标定的相关研究成果还转化为申请国内专利一项。此外，还完成两篇英文文章正在审阅中。一篇涉及野外实地标定探针间距的实验检验，一篇关于土壤颗粒大小，密度，粒径形态对接触热阻的影响。.我们的研究揭示了：（1）单针热脉冲探针同样能够用于同时测量得到土壤的比热和热导率。（ 2）从理论上证明了由于接触热阻的存在，双针热脉冲方法对土壤等材料比热测量会高估，并给出了相应误差分析。（3）用实验和计算机模拟研究了双针方法应用于冻土热特性的误差来源.（4）提出了解决双针热脉冲探针由于变形导致的探针间距的实地标定的问题。从理论上给出了探针间距标定的公式并在实验室验证了该方法。（5）给出了当探针埋藏在土壤-大气界面附近时，由于偏离无限大固体近似而导致的误差，并从理论，实验以及有限元模拟论证了可以用绝热边界条件近似土壤-大气界面。