應(yīng)用電阻率層析成像和探地雷達(dá)技術(shù)探測樹木根系分布.pdf

1、根作為重要的樹木器官，支撐并傳輸養(yǎng)分供樹木地上部分健康生長，對于提高樹木生產(chǎn)力和維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)意義重大。傳統(tǒng)樹木根系的研究方法大多以開挖為主，步驟繁瑣、耗時(shí)費(fèi)力、破壞周邊環(huán)境。為了更省時(shí)高效地研究樹木根系，引入無損的地球物理探測方法。
　　根據(jù)樹木根系在不同生命時(shí)期的形態(tài)特征，分別模擬了幼年期、青年期、壯年期、老年期、消亡期的樹根。通過自適應(yīng)非結(jié)構(gòu)電阻率2.5維有限元方法，取得樹根模型Ⅰ不同生命時(shí)期的偶極—偶極視電阻率理論

2、合成數(shù)據(jù)。然后利用高斯—牛頓反演方法獲得樹木根部區(qū)域的電阻率成像結(jié)果。對比不同時(shí)期樹木根系反演圖像可以發(fā)現(xiàn)，電阻率成像方法可以跟蹤監(jiān)測樹木各時(shí)期根系的發(fā)育狀況，特別是外部輪廓形狀和根區(qū)的相對位置。同時(shí)，由于樹木根系生物量的增減對樹木生產(chǎn)力起決定性作用，電阻率成像結(jié)果的動態(tài)變化為樹木根系不同時(shí)期生物量變化的定性解釋提供了新的途徑。
　　樹根模型Ⅱ主要通過配置存儲樹根電磁參數(shù)的剖面矩陣來構(gòu)建，探地雷達(dá)將歸一化的Blackman-Har

3、ris窗口函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)作為源脈沖。應(yīng)用二維時(shí)域有限差分方法計(jì)算電磁脈沖抵達(dá)根區(qū)并反射回接收天線的雙程走時(shí)，從輸出的多偏移數(shù)據(jù)塊中提取共偏移反射數(shù)據(jù)，合成包含有根系信息的雷達(dá)灰度圖。結(jié)果表明，源脈沖主頻率較低時(shí)，探地雷達(dá)圖像能夠較精細(xì)地反映樹木根系的分布，除中間部分被樹根阻擋遮蔽，根系下覆的粘土層與基巖層間的浸漬邊界也十分清晰。隨著雷達(dá)頻率的增大，電磁脈沖隨探測深度的增加劇烈衰減，雷達(dá)圖像紋理減弱。
　　電阻率層析成像和探地雷達(dá)技