Description: Es ist allgemein bekannt, dass andere Wasserstoffpools neben Bodenfeuchte die Neutronenzählrate von 'cosmic-ray neutron sensing' (CRNS) Detektoren beeinflussen. Bisher wurden diese zusätzlichen Pools meist als störende Einflüsse betrachtet, die korrigiert werden müssen. Dafür wurden verschiedene Ansätze zur Korrektur von Wasserstoff entwickelt, welcher zum Beispiel im Kristallwasser, in der organischen Substanz des Bodens, in der Atmosphäre oder in der Biomasse gespeichert ist. Es wurde gezeigt, dass solche Korrekturen wesentlich sind, um die Genauigkeit der mit CRNS erhaltenen SWC-Schätzungen zu verbessern. Aktuelle Publikationen zeigen, dass das Verhältnis von thermalen zu schnellen Neutronen (Nr) zur Schätzung von Biomasse genutzt werde kann und außerdem Informationen zu zeit-variablen Wasserstoffpools enthält. Beides soll im Rahmen des Forschungsmoduls VG untersucht werden. Das Projekt verfolgt zwei Hauptziele. Zunächst wollen wir universell gültige Methoden zur Korrektur von CRNS-basierten Bodenfeuchtemessungen für den Einfluss von zeit-variablen Wasserstoffpools wie Biomasse und Interzeption entwickeln. Dazu werden empirische Funktionen basierend auf zusätzlichen Messungen, wie Pflanzenparametern und Throughfall, getestet und kalibriert. Diese Messungen werden mit einem gekoppelten Boden-Vegetations-Modell integriert, das außerdem die Simulation des Interzeptionsspeichers ermöglicht. Zweitens, wollen wir Methoden entwickeln, um die Wasserstoffpools direkt aus dem CRNS-Signal - ohne zusätzliche Messungen und Kalibrierung - zu schätzen. Dazu werden wir die Verwendung des Nr untersuchen. Unter Verwendung geeigneter Neutronenenergie-Korrekturen werden wir verbesserte thermale und epithermale Neutronen-Signale erhalten, was eine bessere Untersuchung von Biomasse- und Interzeptionseffekten auf das Nr-Signal ermöglicht. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir drei Arten von Feldexperimenten durchführen: a) dedizierte kontinuierliche Experimente an repräsentativen landwirtschaftlichen Standorten, b) Feldmesskampagnen einer Vielzahl von Feldern mit verschiedenen Nutzpflanzen mit dem Jülich Cosmic Rover und c) Analyse von Neutronen- und Biomassedaten aus dem bestehenden TERENO CRNS-Netzwerk. Die Messungen im Rahmen der Feldexperimente werden durch bodenhydrologische Modellierungen ergänzt, um Referenzinformationen mit verbesserter räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erhalten (z.B. vertikale Verteilung von Bodenfeuchte im Profil; Auftreten von Stauwasser auf der Bodenoberfläche).Das Forschungsmodul VG wird gemessene Vegetationsparameter für die gemeinsamen Feldkampagnen (JFC) liefern, die insbesondere von RV, MC, HG und RS benötigt werden. In Zusammenarbeit mit NS wird der Einfluss von Biomasse und Interzeption auf das Nr modelliert. Durch DD verbesserte CRNS-Sensoren, werden für eine verbesserte Quantifizierung der Interzeption verwendet.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Jülich
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Bodenvegetation
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Vegetation
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Humus
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Kalibrierung
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Sensor
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Stauwasser
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Wasserstoff
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Hydrogeologie
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Nutzpflanze
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Verwaltungsgericht
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Interzeption
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Hydrochemie
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Limnologie
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Siedlungswasserwirtschaft
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Simulationsmodell
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Vertikalprofil
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Bodenfeuchte
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Modellierung
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Atmosphäre
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Biomasse
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Hydrologie
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Landwirtschaft
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Zusammenarbeit
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Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung
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Kontinuierliches Verfahren
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Neutronen
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Tümpel
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Region:
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
-
Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-3 Agrosphäre (Betreiber*in)
-
Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
-
University of Bologna, Department of Agricultural Sciences (Mitwirkende)
-
Universität Potsdam, Institut für Umweltwissenschaften und Geographie, Arbeitsgruppe Wasser- und Stofftransport in Landschaften (Mitwirkende)
Time ranges:
2018-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Detecting vegetation and other time-variant hydrogen pools at the land surface
Description: It is well known that other hydrogen pools besides soil water content (SWC) affect the neutron count rates of cosmic-ray neutron sensing (CRNS) probes. So far, these additional hydrogen pools have mostly been seen as disturbing factors that need to be corrected. To this end, various approaches for the correction of hydrogen stored in the crystal lattice, soil organic carbon, the atmosphere, and biomass have been developed. It has been shown that such corrections are essential to improve the accuracy of SWC estimates obtained with CRNS. Recent publications report that the ratio of thermal-to-fast neutrons (Nr) is suitable for biomass estimation and furthermore contains information on other time-variant hydrogen pools. Both shall be investigated in detail in the framework of the research module VG. The aim of this project is twofold. First, we aim to develop generic methods to correct CRNS-derived SWC estimates for the influence of time-variable hydrogen pools such as biomass and interception. For this, we will test and calibrate empirical functions based on additional measurements collected in the field, like plant parameters and throughfall. The observations shall be integrated using a coupled soil-vegetation model, which will also allow the simulation of the interception storage. Second, we aim to develop methods to estimate these hydrogen pools directly from the CRNS signal without additional measurements and calibration. For this, we will explore the use of the thermal-to-epithermal neutron ratio. In particular, using appropriate neutron energy correction factors, improved thermal and epithermal neutron signals will be obtained, and this will allow to better account for biomass and interception effects on the Nr-signal. To achieve these aims, we will accomplish three different types of field experiments: a) dedicated continuous experiments in representative agriculture field sites, b) field measurement campaigns of a large number of fields with various crops using the Jülich cosmic rover, and c) analysis of neutron and biomass data from the existing TERENO CRNS network. The measurements from the dedicated field experiments will be complemented by soil hydrological modelling in order to obtain reference information with improved spatial and temporal resolution (e.g. vertical distribution of SWC in the soil profile; occurrences of ponding).The research module VG will provide measured vegetation parameters for the joint field campaigns, which are particularly needed by RV, MC, HG and RS. In cooperation with NS the influence of biomass and interception on the Nr will be modelled. Improved CRNS probes provided by DD will be used for enhanced interception storage detection.
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083758
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