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Case Study Sharing
2026-03-24 10:46:33
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资讯速递丨Science 刊登开创性的土壤水动力学 DAS 农业地震学研究
本研究将 DAS 与土壤的水–力学机制结合,揭示动态土壤特性如何调节水通量与机械稳定性之间的耦合,进而改变水通量的分配与储存。
Science
第 391 卷,第 6791 期
2026 年 3 月 19 日
Doi:10.1126/science.aec0970
目前,本论文已发表于 Science 第 391 卷,第 6791 期。论文通过将分布式光纤声学传感(Distributed Acoustic Sensing, DAS)与基于物理的水–力学模型(physics-based hydromechanical modeling)相结合,以分钟级时间分辨率和米级空间分辨率,跟踪了在不同耕作与压实历史控制下的实验农田变化。
作者:
Qibin Shi,David R. Montgomery,Abigail L. S. Swann,Nicoleta C. Cristea,Ethan F. Williams,Nan You,Simon Jeffery,Joe Collins,Ana Prada Barrio,Paula A. Misiewicz,Tarje Nissen-Meyer,Marine A. Denolle
摘要
耕作景观(Farmed landscapes)为研究土地管理如何重塑近地表水动力学提供了一个天然实验室。通过将分布式光纤声学传感(Distributed Acoustic Sensing, DAS)与基于物理的水–力学模型(physics-based hydromechanical modeling)相结合,我们以分钟级时间分辨率和米级空间分辨率,跟踪了在不同耕作与压实历史控制下的实验农田变化。研究发现,动态毛细效应(dynamic capillary effects),即在湿润与干燥过程中与速率相关的吸力应力,主导了受扰动土壤的瞬态刚度(transient stiffness)与水分再分布(moisture redistribution)。这一过程在降雨后会导致近地表饱和区域的地震波速显著下降(post-rain velocity drops),并在蒸散(evapotranspiration)驱动下出现明显的迟滞性波速回弹(hysteretic velocity rebounds)。通过将地震降雨代理信号(seismic rainfall proxy)与排水封闭模型(drainage closure)相结合,我们反演出波速变化以估算蒸散量,从而揭示土壤扰动如何改变水通量的分配与储存。这些结果确立了农业地震学(agroseismology)作为一种非侵入式且可扩展的技术手段,用于揭示土壤水–力学机制,解释传统耕作为何会加剧时空变异性,并为地球系统模型、土地管理与灾害韧性研究提供新的约束条件。
本研究中使用 Sintela 公司的旗舰级 Onyx 1.0 DAS 询问器单元,以 2 kHz 的采样率和 3.19 m 的通道间距记录了连续 40 小时的环境地震数据,用于追踪不同地块的信号变化。
英国Sintela公司进口分布式光纤声学 ONYX 系列 DAS 光学传感单元自推出以来,凭借其卓越的性能水平、灵活的配置功能、轻巧的结构设计以及面向机器学习与边缘计算的下一代 DAS 技术应用方向与需求,受到了国内外多个领域高校、研究院所及工程单位的肯定。目前,在已知的所有 DAS 应用领域当中,ONYX 系列 DAS 光学传感单元已经积累了成熟的应用案例。在此基础上,Sintela 也致力于与用户一起不断在多个交叉学科中拓展 DAS 技术的应用新方向。

具体论文内容,请参考原文链接 https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec0970
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