冻土及干土层自动观测系统的应用分析

褚春燕,孙桂玉,兰朝生,郑冠龙

(1.佳木斯市气象局，黑龙江 佳木斯 154004；2.黑龙江省气象台，黑龙江 哈尔滨 150000；3.北大荒通用航空有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

0 引言

冻土是指含有水分的土壤因温度下降到0 ℃或以下而呈冻结的状态[1]。冻土观测是中国气象局统一布局的观测项目，观测内容包括土壤冻结层次和冻结深度，观测方式主要使用TB1-1型冻土器进行人工器测，方式较为原始，劳动强度大，存在人为误差且测量数据密度不够、不能实时监测的问题。随着冻土观测数据在气候监测、农业生产、建筑规划与设计、环境监测等领域需求的日益增多，传统观测仪器和方法已经不能满足当前预报和服务需求，亟待研制具有精度高、性能稳定、维护方便等特点的冻土自动观测仪。

目前，我国已经开展对自动观测冻土的研究。陈海波[2]等利用频域反射测量原理，通过测量土壤介电常数变化实现冻土测量。其测量数据与人工观测趋势一致,相关系数可达0.99以上,平均测量误差小于3 cm。邴慧[3]等利用超声波设计了一种适用于多种类型的冻土超声波换能器支架和恒温箱的测试系统，可以对不同负温下冻土样品进行测试。随着电容传感技术的发展，电容传感器应用于原油高合水测试[4]、手势识别[5]等方面。 2012年，河南省气象科学研究所联合中国电子科技集团公司第 27 研究所设计了平面电容冻土传感器，开发冻土及干土层自动观测系统，在佳木斯站安装并试验。

本文通过对2016～2019年三年冻土期的人工和自动观测数据进行对比分析，客观地评估冻土及干土层自动观测系统的性能及业务适用性，为全国气象观测站网实现冻土自动化观测提供第一手评估资料。……