UAVによる土壌面温度観測に基づく畑地の不飽和透水係数の空間分布推定手法の開発

基于无人机土壤表面温度观测估算农田非饱和导水率空间分布的方法研究

• 批准号: 21K05827
• 负责人: 坂井 勝
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05827/
• 关键词: 地表面温度; 不飽和透水係数; 土壌水分・熱移動; 数値シミュレーション; UAV; サーモグラフィ; 土壌水分量; 放射温度計; 空間分布; 土壌面温度

大規模化された農地において，多収阻害要因である乾燥害を避けるために最適な灌漑・施肥計画を行うには，根圏の土壌水分量の空間分布に把握する必要がある。本研究の目的は，サーモグラフィーを搭載したUAVを用いて畑地の地表面温度を面的に観測し，土壌水分・熱移動の数値シミュレーションを組み合わせ，根圏の土壌水分量の空間分布を予測する手法を構築することである。令和４年度は昨年度に引き続き，三重大学附属農場内のダイズ栽培圃場において現場観測を行った．圃場内の各深度，各水平位置に土壌水分・地温・ECセンサーを設置し，20 m×20 mの圃場における土壌水分量の空間分布の観測を行った。圃場内に設けた裸地区画において，赤外放射温度計を用いた土壌面温度の連続測定を行った。また，同様に赤外放射温度計を用いてダイズの群落温度の連続測定を行った。一方，UAVでは空間的な観測ができるが，設置型の放射温度計の様に時間的な連続データを得ることはできず，観測データは多くても一日数点程度に限られる。そこで，観測数が限られた温度データの透水係数推定への有効性について，数値実験で評価した。晴天時の気象データを反映した地表面熱収支式とHYDRUS-1Dを用いて，裸地の土中水分・熱移動の順解析を行った。そして，順解析で得られた地表面温度を目的関数とし，逆解析で不飽和透水係数に影響を与えるパラメータの推定を行った。その結果，減率蒸発段階の1回の観測でも，透水係数推定が可能であることが示唆された。さらに可能蒸発段階の地表面温度1点を目的関数に加えることで，透水係数の推定値は全圧力領域で真値とほぼ一致したことから，土壌が湿潤な日と乾燥した日で地表面温度の観測をすることで，広い圧力範囲の透水係数を推定できる可能性が示された。

为了规划大规模农田的最佳灌溉和施肥以避免干旱这一抑制高产的因素，有必要了解根际土壤水分的空间分布。本研究的目的是利用配备热成像相机的无人机观测一定面积农田的地表温度，并将其与土壤湿度和传热的数值模拟相结合，开发一种预测空间分布的方法它是建立在根际土壤湿度的。 2020年度，继去年之后，我们对三重大学附属农场内的大豆种植田进行了现场观察。在田间各深度和水平位置安装土壤湿度、土壤温度和EC传感器，观测20 m×20 m田间土壤湿度的空间分布。使用红外辐射温度计在田地内的裸露土地上连续测量土壤表面温度。此外，我们还使用红外辐射温度计连续测量大豆菌落温度。另一方面，无人机虽然可以进行空间观测，但无法像安装的辐射温度计那样获得连续的时间数据，而且观测数据最多仅限于每天的几个点。因此，我们进行了数值实验，以通过有限数量的观测来评估温度数据的有效性，以估计水力传导率。使用 HYDRUS-1D 和反映晴空天气数据的地表热平衡方程，我们对裸地的土壤湿度和传热进行了正演分析。以正演分析中得到的地表温度为目标函数，利用反演分析来估计影响非饱和导水率的参数。结果表明，即使在递减率蒸发阶段进行一次观测，也可以估计水力传导率。此外，通过将可能蒸发阶段的地表温度的一点添加到目标函数中，水力传导率的估计值几乎与整个压力区域的真实值一致，这表明可以估计水力传导率。通过观察在很宽的压力范围内的水力传导率。

项目成果

数値実験による不飽和透水係数推定に対する地表面温度データの有効性の検討

通过数值实验检验地表温度数据对于估算非饱和导水率的有效性

• 发表时间: 2023
• 作者: Hagaiwara;T.;Shimamoto;Y. and Suzuki;T.;坂井 勝;川崎訓昭;坂井 勝
• 通讯作者: 坂井 勝

地表面温度の測定に基づく低水分領域の不飽和透水係数の推定

根据地表温度测量估算低湿度地区的不饱和导水率

• 发表时间: 2022
• 作者: 和中久実;坂井 勝;小田滋晃;坂井 勝，北田彰隆
• 通讯作者: 坂井 勝，北田彰隆

ダイズ栽培期間における土の水分移動特性の変化

大豆栽培期间土壤水分传输特性的变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 和中久実;坂井 勝;小田滋晃;坂井 勝，北田彰隆;萩原大生，島本由麻，鈴木哲也;珍田章生・ 保田順慶・香川文庸;坂井 勝，田中敦基，長菅輝義
• 通讯作者: 坂井 勝，田中敦基，長菅輝義

蒸散流センサーによる流速測定の改善について

使用蒸腾流量传感器改进流量测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂井 勝;小笠原駿太
• 通讯作者: 小笠原駿太

蒸発法による土壌クラスト層の水分移動特性の推定

利用蒸发法估算土壤结皮层水分运动特征

• 发表时间: 2022
• 期刊: 農業農村工学会論文集
• 作者: 長沢咲希 ; 上田賢悦;若林剛志・王雷軒;白崎友也・中村勝則・川崎訓昭・長濱健一郎;坂井 勝，今井翔馬
• 通讯作者: 坂井 勝，今井翔馬