Telemetryczny system pomiaru wilgotności gleby, działający w technice TDR

• Autorzy: Skierucha W. , Sławiński C. , Wilczek A. , Żyromski A. , Biniak-Pieróg M.

Warianty tytułu

EN

Telemetric system for the measurement of soil moisture based on the TDR technique

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Naziemne pomiary wilgotności gleby są niezbędne do kalibracji i weryfikacji modeli wyznaczania wilgotności wierzchniej warstwy gleby za pomocą zdjęć satelitarnych. Analiza długoterminowej zmienności czasowo-przestrzennej wilgotności gleby może bowiem ujawnić trendy w obiegu wody, związane ze zmianami klimatu i zmianami pokrycia terenu roślinnością. Stacje monitoringu wilgotności gleby są nadal nieliczne, a istniejące systemy nie są ujednolicone pod względem technik pomiarowych, formatu danych, dostępu, itp. Nowo powstała instytucja o nazwie International Soil Moisture Network (ISMN) ma służyć jako scentralizowana baza danych, dostępnych użytkownikom oraz jako próba standaryzacji informacji, odnoszących się do wilgotności gleby. Za pomocą przeglądarki internetowej zapewnia ona globalny dostęp do wyników pomiaru wilgotności gleby z istniejących stacji pomiarowych i pomiarów walidacyjnych w formie znormalizowanych i zharmonizowanych zbiorów danych. Obecnie ISMN zawiera dane z 16 sieci i ponad 500 stacji zlokalizowanych w Ameryce Północnej, Europie, Azji i Australii, w tym 6 stacji pomiarowych, należących do Instytutu Agrofizyki PAN (IA PAN) w Lublinie. Baza danych ciągle jest poszerzana, zarówno w odniesieniu do liczby stacji pomiarowych, jak i okresów pomiaru. Wkrótce ISMN stanie się ważnym źródłem informacji do weryfikacji modeli klimatycznych i zwiększenia dokładności satelitarnych pomiarów wilgotności gleby. Praca przedstawia podstawowe elementy systemu ISMN oraz sieci monitoringu wilgotności gleby, opracowanej i wdrożonej przez IA PAN w Lublinie oraz działającej również na poletkach doświadczalnych Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Użytkownicy systemu z IA PAN mogą udostępniać swoje dane w ramach sieci ISMN oraz korzystać z dostępnych danych na zasadzie dobrowolności i bez ponoszenia żadnych kosztów.

EN

Ground measurements of soil moisture are invaluable for calibration and verification of models determining the surface soil moisture from satellite images. Furthermore, the analysis of long-term time-spatial variation of soil moisture can reveal trends in the water cycle related to climate change and changes in land cover vegetation. Soil moisture monitoring stations are still scarce, and the existing systems are not standardized in terms of measurement techniques, data format, access, etc. The newly formed organization called the International Soil Moisture Network (ISMN) has to serve as a centralized database available to users as well as an attempt to standardize information relating to soil moisture. It provides global access using a web browser to soil moisture data from the existing stations and validation campaigns in the form of standardized and harmonized data sets available to users. ISMN currently contains data from 16 networks and more than 500 stations located throughout North America, Europe, Asia and Australia, including six stations that belong to the IA PAS in Lublin. The database is still growing, both in terms of the number of stations and measurement periods. In the near future ISMN will be an increasingly important source of information to verify and improve the accuracy of satellite measurements of soil moisture. The paper presents the basic elements of the ISMN system and soil moisture monitoring network developed, implemented by the IA PAS in Lublin and operating also on experimental plots at the University of Life Sciences in Wroclaw. Users of the system from IA PAS can share their data in the ISMN voluntarily and at no cost.

Słowa kluczowe

PL

monitoring; przenikalność elektryczna; technika TDR; wilgotność objętościowa gleby

EN

dielectric permittivity; monitoring; time domain reflectometry technique; volumetric soil water content

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 12, z. 2
• Strony: 257--267
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Skierucha W.

autor

Sławiński C.

autor

Wilczek A.

autor

Żyromski A.

autor

Biniak-Pieróg M.

• Instytut Agrofizyki PAN w Lublinie, ul. Doświadczalna 4, 20-280 Lublin; tel. [phone] w. 125,

Bibliografia

• BINIAK-PIERÓG M., MACHOWCZYK A., SZULCZEWSKI W., ŻYROMSKI A. 2009. Weryfikacja modelu przepływu wody w strefie aeracji w latach 2004-2007 na podstawie badań terenowych. Acta Agrophysica. Vol. 13 s. 19-28.
• BOGENA H.R., HUISMAN J.A., OBERDÖRSTER C., VEREECKEN H. 2007. Evaluation of a low-cost soil water content sensor for wireless network applications. Journal of Hydrology. Vol. 344 s. 32–42.
• DEAN T.J., BELL J.P., BATY A.J.B. 1987. Soil moisture measurement by an improved capacitance technique, Part I. Sensor design and performance. Journal of Hydrology. Vol. 93 s. 67-78.
• DORIGO W.A., WAGNER W., HOHENSINN R., HAHN S., PAULIK C., DRUSCH M., MEKLENBURG S., VAN OEVELEN P., ROBOCK A., JACKSON T. 2011. The International Soil Moisture Network: a data hosting facility for global in situ soil moisture measurements. Hydrology and Earth System Sciences Discussions. Vol. 15 s. 1675-1698.
• GENUCHTEN VAN M.T. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal. Vol. 44 s. 892-898.
• HILLEL D. 2004. Introduction to environmental soil physics. San Diego. Academic Press. ISBN 0-12-348655-6 ss. 494.
• HOLLINGER S.E., ISARD S.A. 1994. A soil moisture climatology of Illinois. Journal of Climate. Vol. 7 s. 822-833.
• ISMN 2011. International Soil Moisture Network [online]. [Dostęp 2011.01.04]. Dostępny w Internecie: http://www.ipf.tuwien.ac.at/insitu
• JANIK G. 2008. Spatial variability of soil moisture as information on variability of selected physical properties of soil. International Agrophysics. Vol. 22 s. 35-43.
• MALICKI M.A., SKIERUCHA W.M. 1989. A manually controlled TDR soil moisture meter operating with 300 ps rise-time needle pulse. Irrigation Science. Vol. 10 s. 153-163.
• ROBINSON D.A., CAMPBELL C.S., HOPMANS J.W., HORNBUCKLE B.K., JONES S.B. 2008. Soil moisture measurement for ecological and hydrological watershed-scale observatories: A review. Vadose Zone Journal. Vol. 7 s. 358-389.
• ROBINSON D.A., JONES S.B., WRAITH J.M., OR D., FRIEDMAN S.P. 2003. A review of advances in di electric and electrical conductivity measurement in soils using time domain reflectometry. Vadose Zone Journal. Vol. 2 s. 444-475.
• ROBOCK A., VINNIKOV K.Y., SRINIVASAN G., ENTIN J.K., HOLLINGER S.E. 2000. The global soil moisture data bank. Bulletin of the American Meteorological Society. Vol. 81 s. 1281-1299.
• SENEVIRATNE S.I., CORTI T., DAVIN E.L., HIRSCHI M., JAEGER E.B. 2010. Investigating soil moistureclimate interactions in a changing climate: A review. Earth-Science Reviews. Vol. 99 s. 125-161.
• SKIERUCHA W., MALICKI M.A. 2004. TDR method for the measurement of water content and salinity of porous media. Lublin, Institute of Agrophysics PAS ss. 151.
• SKIERUCHA W., WALCZAK R.T., WILCZEK A. 2004. Monitoring systems for verification of mass and energy transport models in porous media. Lublin. Institute of Agrophysics PAS. ISBN 83-87385-92-1 ss. 77.
• SKIERUCHA W., WILCZEK A., ALOKHINA O. 2008. Calibration of a TDR probe for low soil water kontent measurements. Sensors and Actuators A: Physical. Vol. 147 s. 544-552.
• SKIERUCHA W., WILCZEK A., WALCZAK R. T. 2006. Recent software improvements in moisture (TDR metod), matric pressure, electrical conductivity and temperature meters of porous media. International Agrophysics. Vol. 20 s. 229-235.
• SŁAWIŃSKI C., WITKOWSKA-WALCZAK B., LIPIEC J., NOSALEWICZ A. 2011. Effect of aggregate size on water movement in soils. International Agrophysics. Vol. 25 s. 53-58.
• TOPP G.C. 2003. State of the art of measuring soil water content. Hydrological Processes. Vol. 17 s. 2993-2996.
• TOPP G.C., DAVIS J.L., ANNAN A.P. 2003. The Early Development of TDR for Soil Measurements. Vadose Zone Journal. Vol. 2 s. 492-499.
• TOPP G. C., REYNOLDS W. D. 1998. Time domain reflectometry: a seminal technique for measuring mass and energy in soil. Soil and Tillage Research. Vol. 47 s. 125-132.
• VEREECKEN H., HUISMAN J.A., BOGENA H., VANDERBORGHT J., VRUGT J.A. 2008. On the value of soil moisture measurements in vadose zone hydrology: A review. Water Resources Research. Vol. 44 W00D06 s. 1-21.
• WALKER J.P., WILLGOOSE G.R., KALMA J.D. 2004. In situ measurement of soil moisture: a comparison of techniques. Journal of Hydrology. Vol. 293 s. 85-99.