The effects of temperature on shallow borehole NMR measurements in permafrost
The effects of temperature on shallow borehole NMR measurements in permafrost
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温度对多年冻土浅井核磁共振测量的影响
DOI：
10.1016/j.coldregions.2023.103850
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发表时间：
2023
影响因子：
4.1
通讯作者：
Parsekian, Andrew D.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sullivan, Taylor D.;Parsekian, Andrew D.
对永久冻土内水量和状态的高保真观测有助于限制土壤湿度的季节性行为以及土壤湿度对地表能量平衡的影响。这项工作强调了低频钻孔核磁共振测量的特定温度校准的必要性。限制温度对 NMR 特征的影响将有助于对永久冻土生态系统中的水文地球化学参数进行更可靠的 NMR 检查。我们发现，在典型实验室温度 (20°C) 下进行校准并在典型永久冻土活动层温度 (∼0°C) 下进行后续测量可能会导致报告的 NMR 含水量值存在 18% 的偏差，因此在大多数情况下都需要温度补偿。这对于可能包括陡峭垂直温度梯度的有源层条件尤其重要。同样，永久冻土活动层的季节性延时测量可能会遇到显着的土壤温度变化，这也需要对观测到的 NMR 含水量估计进行温度补偿。
High fidelity observations of the amount and state of water within permafrost help constrain the seasonal behavior of soil moisture and the effects of soil moisture on the surface energy balance. This work emphasizes the necessity for temperature-specific calibrations of low-frequency borehole NMR measurements. Constraining the effects of temperature on NMR signatures will allow for more reliable NMR inspection of hydrogeochemical parameters in permafrost ecosystems. We find that calibration at typical laboratory temperatures (20 °C) and subsequent measurement at typical permafrost active layer temperatures (∼0 °C) can result in an 18% bias in reported NMR water content values, and therefore temperature compensation is required under most scenarios. This is particularly important for active layer conditions that may include steep vertical temperature gradients. Similarly, seasonal time-lapse measurements of permafrost active layer may encounter substantial soil temperature variations which would also require temperature compensation on the observed NMR water content estimate.
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