应用电阻率层析成像和探地雷达技术探测树木根系分布

发布时间：2020-08-18 08:53

【摘要】：根作为重要的树木器官,支撑并传输养分供树木地上部分健康生长,对于提高树木生产力和维持生态系统的正常运转意义重大。传统树木根系的研究方法大多以开挖为主,步骤繁琐、耗时费力、破坏周边环境。为了更省时高效地研究树木根系,引入无损的地球物理探测方法。根据树木根系在不同生命时期的形态特征,分别模拟了幼年期、青年期、壮年期、老年期、消亡期的树根。通过自适应非结构电阻率2.5维有限元方法,取得树根模型Ⅰ不同生命时期的偶极—偶极视电阻率理论合成数据。然后利用高斯—牛顿反演方法获得树木根部区域的电阻率成像结果。对比不同时期树木根系反演图像可以发现,电阻率成像方法可以跟踪监测树木各时期根系的发育状况,特别是外部轮廓形状和根区的相对位置。同时,由于树木根系生物量的增减对树木生产力起决定性作用,电阻率成像结果的动态变化为树木根系不同时期生物量变化的定性解释提供了新的途径。树根模型Ⅱ主要通过配置存储树根电磁参数的剖面矩阵来构建,探地雷达将归一化的Blackman-Harris窗口函数的一阶导数作为源脉冲。应用二维时域有限差分方法计算电磁脉冲抵达根区并反射回接收天线的双程走时,从输出的多偏移数据块中提取共偏移反射数据,合成包含有根系信息的雷达灰度图。结果表明,源脉冲主频率较低时,探地雷达图像能够较精细地反映树木根系的分布,除中间部分被树根阻挡遮蔽,根系下覆的粘土层与基岩层间的浸渍边界也十分清晰。随着雷达频率的增大,电磁脉冲随探测深度的增加剧烈衰减,雷达图像纹理减弱。电阻率层析成像和探地雷达技术针对树木根系的探测均取得良好效果,但两种探测方法具有不同的特点。电阻率层析成像可重构根系的主要结构特征,而探地雷达技术有可能获得根系的细节,将在进一步的研究中结合两者的优势获得更好的探测结果。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S718.4;P631.3

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本文编号：2796007