A National Depth-Resolved Soil-Moisture-to-Electromagnetic Proxy Database for Hydrogeophysical Monitoring

摘要：土壤水分是干旱、补给、作物可用水量、农业水资源管理和陆气交换的关键控制因素，但其深度分辨的空间变异性在大范围区域仍难以监测。探地雷达（GPR）、电阻率和电磁勘探等非侵入式方法可支持土壤水分估算，但其解译在很大程度上取决于土壤质地和水力保持特性。本研究构建了一个全国尺度的六深度土壤水分—电磁代用指标数据库，以支持未来基于GPR和电阻率的根区监测与决策支持。我们使用了匈牙利全国117个监测站多年在10、20、30、45、60和75 cm深度的土壤水分、孔隙度、饱和度、质地和水力保持数据。基于观测土壤水分，利用成熟的地球物理关系（包括Topp方程和Archie型公式），推导出介电常数、电磁波速度、电导率、衰减和视电阻率作为代用变量。该代用指标数据库识别出一致的30–45 cm缓冲带，其中土壤水分增至22.25%，介电常数峰值达12.29，电磁波速度最低为0.0935 m ns⁻¹，视电阻率降至545 Ω m。质地对转换后的电磁响应具有强烈影响：砂质土壤更干、电阻率更高，而黏质土壤持水更多并表现出更高的介电响应。水力保持变量为解释为何相似的电磁或电阻率信号在不同土壤类型中可能代表不同真实土壤水分值提供了与校准相关的先验信息。该框架为干旱监测机构、灌溉规划者、精准农业用户以及未来在具有可比监测和土壤数据库区域开展的无人机地球物理调查提供了一个可迁移的全国校准层。