INNOWACYJNA METODA POMIARU WILGOTNOŚCI GLEBY Z ZASTOSOWANIEM NEUTRONÓW KOSMICZNYCH – TRZY LATA FUNKCJONOWANIA CZUJNIKA NA POŁUDNIOWYM PODLASIU

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.