測(cè)量原理
宇宙射線是來自外層空間的高能粒子，銀河系宇宙線可能在銀河系超新星遺跡的沖擊波中加速。太陽(yáng)宇宙線是在太陽(yáng)劇烈噴發(fā)后，在太陽(yáng)或其附近的高能過程中產(chǎn)生的。太陽(yáng)調(diào)節(jié)（solar modulation）指太陽(yáng)或太陽(yáng)風(fēng)改變進(jìn)入太陽(yáng)系的銀河系宇宙射線強(qiáng)度和能譜的過程。當(dāng)太陽(yáng)處于活躍時(shí)期，相比安靜時(shí)期，銀河系的宇宙射線會(huì)較少的進(jìn)入太陽(yáng)系。基于這個(gè)原因，銀河系宇宙射線與太陽(yáng)一樣遵從11年周期，但不同的是：劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)應(yīng)低宇宙射線（進(jìn)入太陽(yáng)系），反之亦然。在地磁場(chǎng)的作用下宇宙射線進(jìn)入大氣層，與大氣層中的氮、氧等碰撞，產(chǎn)生二次粒子，即次級(jí)宇宙射線，進(jìn)入土壤。這些次級(jí)宇宙射線可以分為三類：
（1）高能中子，能量約為GeV，由主質(zhì)子和較重的原子將大氣中的原子核分裂成含有中子的粒子而形成；
（2）快中子，能量約為1MeV，由高能中子與原核子進(jìn)行碰撞而產(chǎn)生，此過程也被稱為“核蒸發(fā)”；
（3）通過快中子與原子核碰撞而產(chǎn)生的低能熱中子（0.025eV）和超熱中子（>0.5eV）中的一部分會(huì)被土壤所吸收。
因此，進(jìn)入土壤中的快中子，一部分終會(huì)變?yōu)闊嶂凶颖煌寥浪?，另一部分則會(huì)擴(kuò)散到近地表中。
近地表的氫元素在上述次級(jí)宇宙射線能量衰變?yōu)闊嶂凶拥倪^程中，起決定性作用，而近地表極大的氫庫(kù)通常即為土壤水。土壤含水量越高，氫原子數(shù)量就越多，快中子慢化速度也就越快，近地表所能檢測(cè)到的快中子就越少。因此，擴(kuò)散到地表的快中子量與土壤含水量（氫原子）呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，宇宙射線土壤水分測(cè)量系統(tǒng)就是利用這種相關(guān)關(guān)系，通過中子探測(cè)器監(jiān)測(cè)近地表中子數(shù)（主要為快中子）進(jìn)行土壤水分觀測(cè)的系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的土壤水分測(cè)量方法有土壤取樣稱重烘干法、原位傳感器測(cè)量法和空天遙感法三類。稱重法（烘干法）、電容法、張力計(jì)法、中子儀法、時(shí)域反射計(jì)法（TDR）和頻域反射計(jì)法（FDR）等, 這些測(cè)量方法都屬于對(duì)土壤有損的單點(diǎn)測(cè)量方式, 其測(cè)量尺度較小、空間代表性差,一般只能代表取樣點(diǎn)或安裝位置周邊幾厘米到幾十厘米范圍的土壤含水量情況，難以得到土壤含水量在田畝尺度上的綜合數(shù)據(jù)。
遙感監(jiān)測(cè)土壤水分可以實(shí)現(xiàn)快速、大面積區(qū)域土壤水分監(jiān)測(cè), 但遙感獲取的土壤含水量是像元尺度的平均值，其空間分辨率一般在數(shù)十米（航空遙感）到數(shù)十公里（航天遙感）之間, 且只是飛機(jī)或衛(wèi)星過境時(shí)刻的瞬時(shí)值, 無法獲取連續(xù)數(shù)據(jù), 限制了遙感大尺度測(cè)量在實(shí)際土壤水分檢測(cè)中的應(yīng)用。而且遙感方法只能反映地表數(shù)厘米的土壤含水量，無法測(cè)量10厘米以下土壤的含水量，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)研究的代表性不足。由于土壤成分的復(fù)雜性，不同的遙感測(cè)量方法，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量測(cè)量結(jié)果的一定差異。
傳統(tǒng)點(diǎn)測(cè)量和遙感大尺度監(jiān)測(cè)之間，存在一個(gè)空間尺度上的缺口, 即無法獲取農(nóng)田或小流域尺度上的區(qū)域土壤水分信息。同樣, 在驗(yàn)證遙感反演的土壤水分過程中，無法直接獲取所需對(duì)應(yīng)像元尺度土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)。因此上述傳統(tǒng)的土壤水分測(cè)量方法在農(nóng)田、小流域等中小尺度上，往往不能滿足日益發(fā)展的土壤科學(xué)研究和現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)大面積、快速、準(zhǔn)確的土壤水分動(dòng)態(tài)信息的需求。
近年來, 利用宇宙射線快中子數(shù)量來測(cè)量地表土壤含水量的研究逐漸引起人們的重視, 地表以上宇宙射線快中子強(qiáng)度與土壤水分含量呈反相關(guān)關(guān)系, 通過架設(shè)在地表上方的中子探頭測(cè)量宇宙射線快中子的強(qiáng)度, 反演地表附近土壤水分含量。宇宙射線快中子土壤水分測(cè)量法是一種被動(dòng)、非侵入式的中尺度土壤水分測(cè)量方法, 其測(cè)量半徑為300米左右, 有效測(cè)量深度 12～70厘米（兩者均與土壤水分含量反相關(guān)）。 該方法可以長(zhǎng)期固定點(diǎn)位監(jiān)測(cè)，也可以進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)測(cè)，代表區(qū)域廣。
應(yīng)用領(lǐng)域
主要應(yīng)用在土壤水分測(cè)量、干旱監(jiān)測(cè)、雪深測(cè)量、農(nóng)業(yè)灌溉指導(dǎo)、坡面穩(wěn)定性分析、山洪預(yù)報(bào)、供水管理、數(shù)值預(yù)報(bào)、氣候模型等。此外，可以安裝在移動(dòng)平臺(tái)上用來繪制大 范圍的土壤墑情圖。
樣例數(shù)據(jù)曲線
