科研进展
土壤介电性质研究获新进展
土壤复介电常数与土壤水分之间的敏感关系构成了地球探测技术的核心基础。这些技术包括用于测量原位土壤湿度的时域反射法（TDR）和频率反射法（FDR）、地下目标识别的探地雷达（GPR），以及实现全球和区域土壤水分反演的主／被动微波遥感方法。土壤复介电常数不仅受到土壤水分的影响，还会随着土壤温度、质地、容重、盐分、阳离子交换量和有机质含量等因素的变化而发生显著改变，从而影响上述电磁探测方法的精度。
已有研究表明土壤复介电常数随土壤电化学参数和盐分变化显著，但尚不清楚这些要素的作用机理。此外，土壤复介电常数随温度变化呈现上升、稳定和下降三种趋势，这些变化可归因于一种“竞争机制”，但目前的土壤复介电混合模型尚未将这一机制纳入考虑，导致在利用TDR（或FDR）和遥感方法计算土壤湿度时精度明显下降。
针对上述问题，中国科学院西北生态环境资源研究院高晓清研究团队发现电化学参数和盐分通过改变粘土颗粒表面的双电层结构影响土壤复介电常数。应用双电层电场强度和阳离子溶液浓度，该研究构建了弱结合水静电特征函数以及考虑土壤电化学参数和盐分的复介电理论模型。该模型不仅揭示了这些复杂因素对土壤复介电常数的作用机理，还解释了为何普通矿物土壤（低盐、低有机质）的复介电常数可以仅依赖于三个基础参数便达到较高计算精度的原因。
此外，该研究在Dobson复介电混合模型的基础上，重新拟合了土壤参数项和电导率项，将原模型的六个输入参数简化为三个，修正了原模型中虚部失真的问题，并通过构建土壤强、弱结合水比例函数和弱结合水－自由水转换函数，计算出强、弱结合水比例和结合水－自由水转换量，模拟了土壤复介电常数随温度的动态变化。改进后的模型既保留了原模型简洁的数学表达形式，又能够精确模拟土壤复介电常数和温度间的“竞争机制”，从而提升了模型在复杂土壤环境中的适用性和精度。
上述成果分别以A Soil Semi－Empirical Dielectric Model Based on the Dielectric Variation Characteristics of an Electrical Double－Layer Solution和An Improved Four－Parameter Soil Complex Dielectric Mixing Model in Microwave Remote Sensing为题发表在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上，西北研究院靳潇助理研究员为论文第一作者，高晓清研究员为论文通讯作者。此外，团队还获得“基于Dobson介电模型的改进土壤半经验介电模型”“基于双电层静电场特征函数的土壤复介电常数混合模型”2项授权专利。
