【摘要】：根作為重要的樹木器官,支撐并傳輸養(yǎng)分供樹木地上部分健康生長,對于提高樹木生產(chǎn)力和維持生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)意義重大。傳統(tǒng)樹木根系的研究方法大多以開挖為主,步驟繁瑣、耗時費力、破壞周邊環(huán)境。為了更省時高效地研究樹木根系,引入無損的地球物理探測方法。根據(jù)樹木根系在不同生命時期的形態(tài)特征,分別模擬了幼年期、青年期、壯年期、老年期、消亡期的樹根。通過自適應非結(jié)構(gòu)電阻率2.5維有限元方法,取得樹根模型Ⅰ不同生命時期的偶極—偶極視電阻率理論合成數(shù)據(jù)。然后利用高斯—牛頓反演方法獲得樹木根部區(qū)域的電阻率成像結(jié)果。對比不同時期樹木根系反演圖像可以發(fā)現(xiàn),電阻率成像方法可以跟蹤監(jiān)測樹木各時期根系的發(fā)育狀況,特別是外部輪廓形狀和根區(qū)的相對位置。同時,由于樹木根系生物量的增減對樹木生產(chǎn)力起決定性作用,電阻率成像結(jié)果的動態(tài)變化為樹木根系不同時期生物量變化的定性解釋提供了新的途徑。樹根模型Ⅱ主要通過配置存儲樹根電磁參數(shù)的剖面矩陣來構(gòu)建,探地雷達將歸一化的Blackman-Harris窗口函數(shù)的一階導數(shù)作為源脈沖。應用二維時域有限差分方法計算電磁脈沖抵達根區(qū)并反射回接收天線的雙程走時,從輸出的多偏移數(shù)據(jù)塊中提取共偏移反射數(shù)據(jù),合成包含有根系信息的雷達灰度圖。結(jié)果表明,源脈沖主頻率較低時,探地雷達圖像能夠較精細地反映樹木根系的分布,除中間部分被樹根阻擋遮蔽,根系下覆的粘土層與基巖層間的浸漬邊界也十分清晰。隨著雷達頻率的增大,電磁脈沖隨探測深度的增加劇烈衰減,雷達圖像紋理減弱。電阻率層析成像和探地雷達技術(shù)針對樹木根系的探測均取得良好效果,但兩種探測方法具有不同的特點。電阻率層析成像可重構(gòu)根系的主要結(jié)構(gòu)特征,而探地雷達技術(shù)有可能獲得根系的細節(jié),將在進一步的研究中結(jié)合兩者的優(yōu)勢獲得更好的探測結(jié)果。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S718.4;P631.3

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本文編號：2796007