Innowacyjna metoda pomiaru wilgotności gleby z zastosowaniem neutronów kosmicznych - trzy lata funkcjonowania czujnika na południowym Podlasiu

• Autorzy: Chodyka M. , Nitychoruk J. , Zreda M. , Grudniewski T. , Lubańska Z.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.185

Warianty tytułu

EN

An innovative method of measuring soil moisture using cosmic-ray neutrons - three years of work of the sensor in southern Podlasie

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pomiary wilgotności gleby do niedawna były prowadzone punktowo, co miało ograniczenia wynikające z przestrzennych różnic i niejednorodności gleb. Jeśli wykonywane są pomiary punktowe wilgotności gleby, to mogą one być wykorzystane po uśrednieniu, czyli należy zebrać wystarczająco dużą liczbę danych. Aby uzyskać dokładność do trzech punktów procentowych, należy zaprojektować 40 punktów pomiarowych. W artykule przedstawiona została innowacyjna metoda pomiaru wilgotności gleby z zastosowaniem neutronów kosmicznych. Zasadniczą częścią każdego czujnika są dwa liczniki neutronów – licznik z osłoną polietylenową do pomiaru szybkich neutronów oraz nieosłonięty licznik do pomiarów neutronów termicznych. W Stanach Zjednoczonych funkcjonuje system obserwacji wilgotności gleby z zastosowaniem neutronów kosmogenicznych – COSMOS (COsmic-ray Soil Moisture Observing System), który jest wyposażony w 56 stacjonarnych czujników. Pojedyncze czujniki zainstalowane są także miedzy innymi w Kenii, Brazylii, Francji, Szwajcarii i również w Polsce W pracy prezentowane są wyniki badań opracowanych przy wykorzystaniu innowacyjnego czujnika zainstalowanego w Polsce w miejscowości Derło. Dane pozyskane w trakcie trzech rocznych cykli pomiarowych dobrze korelują z obserwowanymi opadami deszczu i śniegu. Cykle pomiarowe obejmują okres od kwietnia do końca marca. Szczegółowa analiza zarejestrowanych w tym okresie danych wskazuje na przyczyny zróżnicowania wilgotności gleby. Okazuje się, że czujnik może być wykorzystywany do identyfikacji okresu występowania pokrywy śnieżnej zalegającej na danym terenie.

EN

Measurements of soil moisture until recently were conducted by checking particular spots, which had its limitations due to soil spatial differences and heterogeneity. If spot checks are made to measure soil moisture, the gathered data can be used only after being averaged, which means collecting a sufficiently large number of data. To get results that would be accurate to within three percent, one must conduct 40 check points. The article presents an innovative method of measuring soil moisture by using space neutrons, which gives new opportunities. The main part of each sensor are two neutron - counters covered with polythene to measure fast neutrons, and an uncovered counter for measuring thermal neutrons. The United States has a system of measuring the soil moisture that uses space genic neutrons - COSMOS (Cosmic-ray Soil Moisture Observing System), which is equipped with 56 stationary sensors. Individual sensors are also installed, among others, in Kenya, Brazil, France, Switzerland and in Poland. The authors wish to present the results of innovative sensing research done in Derło, Poland. The conclusions have been based on three annual cycles of measurement that can be well correlated with the observed rainfall and snow. The cycles cover the period from April to the end of March (2013 - 2016). The first sensor in Poland has already taken three season measurements, on the basis of which one can draw interesting conclusions about the reasons for soil moisture diversity. It turns out that the sensor can also be used to determine the period of snow.

Słowa kluczowe

PL

wilgotność gleby; neutrony kosmiczne; COSMOS; metoda pomiarowa

EN

soil moisture; cosmic-ray neutrons; COSMOS; measuring method

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 3
• Strony: 51--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Chodyka M.

• Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, Wydział Nauk Ekonomicznych i Technicznych, Zakład Informatyki, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska; tel. [phone]

autor

Nitychoruk J.

• Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, Wydział Nauk Ekonomicznych i Technicznych, Zakład Budownictwa, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska; ; tel. [phone]

autor

Zreda M.

• Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA

autor

Grudniewski T.

• Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej, Wydział Nauk Ekonomicznych i Technicznych, Zakład Informatyki, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska; tel [phone]

autor

Lubańska Z.

• Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II w Białej Podlaskiej Wydział Nauk Ekonomicznych i Technicznych, Zakład Informatyki, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Zreda M., Desilets D., Ferré T. P. A. & Scott R. L.: Measuring soil moisture content non-invasively at intermediate spatial scale using cosmicray neutrons. Geophysic. Res. Lett., 35. L21402, 2008.
• [2] Hess V.F.: Uber Beobachtungen der durchdringenden Strahlung bei sieben Freiballonfahrten. Physikal. Z., 13. 1912, 1084–1091.
• [3] Fermi E.: Artificial radioactivity produced by neutron bombardment, Nobel Lectures, Physics 1922–1941, Amsterdam, Elsevier Publishing Company. 1938, 414–421.
• [4] Bethe H.A., Korff S.A. & Placzek G.: On the interpretation of neutron measurements in cosmic radiation. Physic. Rev., 57. 1940, 573–587.
• [5] Hendrick L.D. & Edge R.D.: Cosmic-ray neutrons near the Earth. Physic. Rev. Ser. II, 145. 1966, 1023–1025.
• [6] Kodama M., Nakai K., Kawasaki S. & Wada M.: Application of cosmic-ray neutron measurements to the determination of the snow-water equivalent. J. Hydrometeorol., 41. 1979, 85–92.
• [7] Kodama M., Kudo S. & Kosuge T.: Application of atmospheric neutrons to soil moisture measurement. Soil Sci., 140. 1985, 237–242.
• [8] Zreda M., Shuttleworth W.J., Zeng X., Zweck C., Desilets D., Franz T. & Rosolem R.: COSMOS: the COsmic-ray Soil Moisture Observing System. Hydrol. and Earth System Sci., 16. 2012, 4079–4099.
• [9] Desilets D., Zreda M. & Ferre T.: Nature’s neutron probe: Landsurface hydrology at an elusive scale with cosmic rays. Water Resour. Res., 46. W11505, 2010.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)