estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil...

14
Estimation of root zone soil moisture and surface ¯uxes partitioning using near surface soil moisture measurements Jikang Li, Sha®qul Islam * Cincinnati Earth System Science Program, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Cincinnati, P.O. Box 210071, Cincinnati, OH 45221-0071, USA Received 3 May 2000; revised 30 October 2001; accepted 12 November 2001 Abstract We examine the feasibility of retrieving root zone soil moisture and partitioning of surface ¯uxes through a model inversion technique using surface measurements. Using a four-layer land surface model and observed datasets from Field Experiment FIFE) 1987, we show that the sensitivities of surface soil moisture to deeper layer soil moisture are different to those of surface ¯uxes. Consequently, if one chooses the initial soil moisture pro®le that optimizes surface soil moisture, in a root mean square error sense, it may not lead to optimal estimation of surface ¯uxes. We also show that the accuracy of soil moisture pro®le retrieval from surface measurements depends strongly on the initial surface soil moisture conditions. For wetter surface conditions, an initialization based on remotely sensed surface soil moisture appears to be adequate for the retrieval of the soil moisture pro®le. For drier surface conditions, however, a decoupling of surface and deeper layer soil moisture might be triggered and an initialization based on surface soil moisture would lead to larger error. q 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords: Soil moisture; Remote sensing; Surface ¯uxes; Data assimilation 1. Introduction The soil moisture conditions both at the surface and at deeper layers control many near surface processes including partitioning of surface ¯uxes, ecosystem dynamics, and biogeochemical cycles. Intermittence in storm and interstorm dynamics, and heterogeneity in soil texture, vegetation, land use, and topography contribute to signi®cant space±time ¯uctuations in soil moisture. Estimation of soil moisture states is an important issue for the initialization of current generation of land±atmosphere models. Currently, remote sensing techniques provide the most feasible capability to monitor soil moisture over a range of space and time scales Schmugge et al., 1980; Jackson and Schmugge, 1989; Islam and Engman, 1996; Engman, 1997). Microwave techniques are widely used to quantitatively monitor soil moisture for a vari- ety of topographic and vegetation conditions. Micro- wave measurements of soil moisture are, however, limited to the top few less than 10) centimeters of the soil column. Many land±atmosphere interaction processes depend on the pro®les of the soil moisture and tempera- ture to depths considerably larger than a few centi- meters. Consequently, this shallow moisture sensing depth imposes a serious limitation on the use of passive microwave measurements of soil moisture Journal of Hydrology 259 2002) 1±14 0022-1694/02/$ - see front matter q 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII: S0022-169401)00589-3 www.elsevier.com/locate/jhydrol * Corresponding author. Tel.: 11-513-556-1026; fax: 11-513- 556-2599. E-mail address: sha®[email protected] S. Islam).

Upload: jikang-li

Post on 04-Nov-2016

220 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

���������� � ��� ���� ��� ������� ��� ����� ���������������� ����� ��� ����� ��� ������� �����������

������ ��� ������ �� ���

���������� ���� ��� � �� �� �������� � ����� �� �� ����� ��� �������� ���� ����� ����� ���� ����� �� ����������� ���� ��� �� !��

����������� �" #$���% !�� �&

����� �� ! "�# $%%%& � ���� !% '���(� $%%)& �������� )$ *� ��(� $%%)

��������

+� ������� ��� ����(� ��# � ���� ��� ��� ���� ��� ������� ��� ����������� � ����� ����� ������ � ���� �� �����

��������� ����� ����� �����������, -���� � ��. �#� ��� ����� ���� ��� �(�� �� �������� �� /�� � ���������

0/�/�1 )234� 5� ���5 ���� ��� ������� ����� � ����� ��� ������� �� ����� �#� ��� ������� �� ������ �� ����� � �����

�����, 6��������� #� � ��� ������� ��� ������ ��� ������� ��� � ���� ��������� ����� ��� �������� �� � ��� ���� �����

�� ������ �� ��# ��� ��� �� ������ ���������� � ����� �����, +� � �� ���5 ���� ��� ������# � ��� ������� ��� �

���� � �� ����� ����������� ������� ����� # �� ��� ������ ����� ��� ������� ����������, /� 5���� �����

����������� �� ������ ������� (���� �� ����� # ������ ����� ��� ������� ������ �� (� �������� � ��� ���� � � ���

��� ������� ��� �, /� ��� ����� ����������� ��5� �� � ������ ��� � ����� ��� ����� �#� ��� ������� ����� (�

������� ��� �� ������ ������� (���� �� ����� ��� ������� 5�� � ��� �� ��� ��,� $%%$ � �� �� ������� 7,8, 9 �����

��� ��,

' �(����: ��� �������& ������ �������& ����� �����& ;��� ������ �����

� ���� ������

<�� ��� ������� ���������� (��� �� ��� ����� ���

�� ����� �#�� ����� ���# ��� ����� ��������

��� ����� ����������� � ����� ������ ����#����

�#������� ��� (������������ �#� ��, ������������

�� ���� ��� �������� �#������� ��� �����������#

�� ��� ������� ���������� ��� ���� ��� ��������#

�����(��� �� ���������� �����=���� ����������� ��

��� �������, ���������� � ��� ������� ������ ��

�� �������� ����� � ��� ������ ������� � �����

��������� � ���=��������� ���� �, 6���� #�

����� ������� ���������� �� ��� ��� ���� ����( �

����(� ��# �� ������ ��� ������� � � � ���� �

����� ��� ���� ��� �� 0�������� �� � ,� )23%& �������

��� ��������� )232& �� �� ��� ������� )22>&

������� )2241, "���5� � ���������� �� 5��� #

���� �� ���������� � # ������ ��� ������� � � ��.

��# � ���������� ��� ��������� ����������, "���.

5� � ����������� � ��� ������� ��� ��5� ��

������ �� ��� ��� �5 0 ��� ���� )%1 ���������� �

��� ��� �� ���,

"��# ���=��������� ���������� ��������

������ �� ��� ��� �� � ��� ��� ������� ��� ������.

��� �� ������ ��������( # ��� ���� � �5 �����.

�����, 6��������� #� ���� ��� �5 ������� �������

����� ������� � ������ ��������� �� ��� ��� �

����� � ����5� � ����������� � ��� �������

����� � ?#�� ��# $@2 0$%%$1 )=)A

%%$$.)>2AB%$BC . ��� ��� ����� � $%%$ � �� �� ������� 7,8, 9 ����� ��� ��,

D��: �%%$$.)>2A0%)1%%@32.!

555,� �� ��,���B �����BE�#��

� 6���������� �����, <� ,: �).@)!.@@>.)%$>& ��: �).@)!.

@@>.$@22,

�%���� ���� ��) ������ ,�� ��F��,��� 0�, �� ��1,

Page 2: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

� ���=��������� ���������� �������, ' � ��� ���

�5� �������� �� �� �������� ��������� � ���

���������� � ��� ������� ��� � �� � (��� �������

0�������� )23%& 6��� � ��� ��������� )23!& 9#�

�� � ,� )23!& 7��� � ��� +������ )232& �������(� ��

� ,� )22A1, <���� ��������� ���� �� ���� ����.

���� �� ���5 ���� (���� ���������� ���� ��� ���

��������� � �#�� ��# ��� ����� ��� � �� �� �.

���� ���������� ���� ��� ���(������� � ����� #

������ ���� ��� 5��� (� ���� ���� �, G���� ���

������� 0)22!1 �� ���� �� ���� ��� � ��5 � ���

������� ��� � ���������� ������� ����� ����� #

������ ����� ������� �����������, <��#

���� ���� ���� ���� ���������� ��� ���������

������ ����� � ����� ������� � ��� ������� ���

��#���� ���� ��� ������� �� (� ��� ���� ��������

������� �� �� � ��� ��( �� � ��� � ��� �������

����������, 9������� 5�� � �� ���� �� ���� �

����� �#� ��� ������� �� ��� ����� ����.

������ ���( �� 0�,�, �� ���������� �������#1 (#

�� ����� � ��� ����� ���� 07������ �� � ,� )22!1,

<��� ������ ������� � � ��� � ��������� (��5���

��� ����� ���������� ���( �� ��� ��� �������,

���� �� ���������� �� ����� � �� � ����� (������ ���

� ��������� �� ������� ��� �� ��������� (# ����

��� ����� ��� ���������� ����� 0�,�, �� �������

��������#� ���������1,

9� � ������ � �� �� ��� ����� # ������ �����

���( �� 0�,�, ����� ���������1 �� ���� � ���

��� ������� ��� � ������ � ���� �� �����,

������ #� 6� �� �� � , 0)2231 ���� ���� ������� ��#

��� ��������� ���� ���5��� ��� ���������� �����

��� �� � � � ����������� � ��� ����� ��� �����.

�� � � �� �� ��#� �� �������� �� ���� � ��� ����

��� 5��� ������� (# �� ����� � �5�. �#� ���

����� ���� , <��# �� � ����� ���� ���� �� � �����

� ��������� (��5��� ��� ����� �#� ��� �������

��� ����� ��� ������� ��� ������ �� �� �����( � ��

��� ��� ������� ��� � (# ���������� ��� �� ��

��������� ����� ��� ������� �� � ������� �

����� �#� ��� �������, <��� �� �� ����������

����������� ��� �� ��� ��� �������� �� ��� ��� ����� #

������ ����� ��� ������� ��� � ��� ����� ����

�� �������� ��� ��� ������� ��� �,

6������ ��� 6� ��� 0)2241� �� ��� ���� �����

���� ���� ����� ��� ������� ��# ��� (� ���� ��

���5��� ��� �� ���.� ���� ��� 5��� �������

(������ ����� ��� �#��� ����� � ���� ����� ���

5��� ������� �� � ��� ��� ����� ��� ������� ����

������ �� �� ��� ����� �#� ��� �������, ��

��������� ���������� � ��� ��� ������� ��� � ��

��� ��������� ���� �������� ����� ��� �������

���� ��� �������� # ���� ���� �� 5�� � ��� �� ����.

��� ����������� � �����,

���� �� �� 6� �� �� � , 0)2231 ��� 6������ ���

6� ��� 0)2241 ���� ���� ���� � ��� ����� ���� ����.

������ 5��� ��� ���� � � ����� �#� ��� �������

�� ����� ��� ���������� ���������, 9 �����.

��# ����������� � 6� �� �� � , 0)2231 ������� .

��# �� ��� ��������� � ����� ��� ����� (��5���

����� �#� ��� ������� ��� ����� ��� �������,

���� �� �� 6������ ��� 6� ��� 0)2241 �������

���� ���� � ��� ������ � �� ������� 5�� � ����� #

������ �� ��� ����� � ��� ����� ��� �������, +�

���� �������� ��5� �� ���� 6� �� �� � , 0)2231

��������� � ����� �#� ����������� �� %=

@% �� �#� 5�� � 6������ ��� 6� ��� 0)2241

������� � ���� ��� �5� �#� � ����� �����

��� ��������, <���� ��� � ��������� (��5��� ���

����� � ������ ��� ��� ��� ����� � ��� ��� �#�

������ (� � # �������� �� ����� �������, +� � ��

���� ���� � ������ ��� (��5��� ��� ����� ���

����� �#� ��� ������� �� ��� # �� (� ��������

� � (�� ��� ����� 5�� � �� 5�� � (� 5�������

(# ��� ��������� �� �, ���� � ������ ��� �� � ��

��� # �� (� ��������� �� �� ��� ����� 0�9�1&

��� �9� ����� �� ���� ��� ������ ��� ����

��� ������� # ���� ��� � �9�,

9����� ����� 5���� 5�� ��� � # ��� ��� �� ���

�(� � ������� �� ��� �������# � ����������� �

����� ����� �� � ������� � ���� �� ��� �������

��� �, <��� ����� �� ������ � ��� ���� ��� � ���

����� ���� � 5��� ���������� ���� � �� 5� �� �

��� ������������ � ��� ������� ��# � ����� ����� ��

����� �#� ��� ������� ������ ��������, �� ���� ����#�

5� 5� ������� �� ������ ���� � ����� ������ (#

����� �(�� �� ���� ���� �� ��� /��� �����������

���� ��� ���� ����� 6 ����� ��# D�E��� 0����6D1

/�/� ��� � ��. �#� ��� ����� ���� , �� ������.

�� 5� 5� ������� ���

� ��� ����� (��5��� ����� �#� ��� ������� ���

����� ��� ������� � ����� ������ � 5������

��� �#��� ���

� ����� � ����� �#� ��� ������� ������ ��������

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#$

Page 3: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

(���� �� ��� ����� ��� �������� �� �����

����� �����������,

� � ����� ���������� �� ��� ��� ������� �� �� �� ���

���� � ��������� �� � ���� �.���� ��� �

"���(� 0)2>21 5�� ������ ��� ��� �� ��������

��� ������� � �������� � ��� ������� �� � �(�

� ����� ���� � 0H6"�1 ��� ��� ���5� ���� ������.

�� � ��� ������� ��� � ���������� �������� �� ���

������ ��� ������ ���������� � ����������

��������, ����� ����� �� �� ������� �� � ��������

��� � � � �������� � ��� ������� �� �����

������ ��� ������ ��� ��, <5� ����� ���������

�� ���� # ��� �#�� �� ������� ������ ������ �

��� ������� �� ��� ��� �����, <�� ��� �������

���� ��� ��� ��# ��������� ��������� � ��� �����.

�� �#������ (�� ���� ������� � ���������� ��

�� �� ��� ��� ��� ��� ��� ����� 0D�� ��� )23A&

;����� )2431, 7������ � ���� � ��� � ���� ����#�

������ � ���� ������� �� 5��� # ���� �� ����.

����� 5����� ������ ��� � ����� ���� �, <��

������ �������� �� ��� ���� ����� ���� � �� ��.

�#� ��� ������� 5��� ��� ���� ��������� ���������

� ���� ��� ������� ������� �� ��� ��� , 6����.

����� #� ��� ������ ������� �� ��� ������� � ��

���� ��� ������� �� ����� ��� ���������� �����.

�����, <��� �������� ��5� �� ������ ��������� ���

� ���� �������� ��� ������������ �������, 9� �

��� �� ��� � ���� � ��� � ���� � ��� (��� ��� #

������� 5����� ��� ������ ��������# ���� �

0"�6��(� ��� D�� ��� )23)& *�� ��� ��� D ������

)2321, ������ #� 8���(� ��� 7� E��� 0)22@1 ������.

���� � ��. �#� ����� �� ��� ����� ������ �� ���

������� 6���� � "����� ���� +����� /������

0�6"+/1 ���� , <��# �� � ���5� ���� ���� ���.

��������� � ��� ������� �#������ ������� � 5���

���� � ���� ��� ��� �� ����� �� ������� �� ����.

����� ��� ��� ��� ���� �� ��� ���� ��������

���������� #,

+� 5� ��� � ��� ����� ���� � �� � ���� (����

�� ��� 5�� � 8���(� ��� 7� E��� 0)22@1� �� ����

����#, <��� ��� ����� ���� �� �������� �� �������

��� ������ ���������� � ��� ����� ����# ���

������� (����� ��� ��� �� ��������� �#�� ��

�� �� ��� ��� ��������� ��� ��� �������, �� ���

������ ��� ����� �#������ �� ��� �����

�#� � �� ������� ���� ��� ��, <�� ���� � 8���(�

��� 7� E��� 0)22@1 ��� (��� ������ ������� � # 5���

��� �6"+/ ���� ��� �� �� �(�� ������ ����

����� ��� ���� �� ������ ��� ��#���� �������� ���

���� ��� �� �# 5� , ��� ����� ���������������

�� ��� �� �� ;���� 0)244� )2231� 9(���.

��� �� �� � , 0)2331� ?� ��� �� �� 0)22@1� ��� 8���(�

��� 7� E��� 0)22@1, �������� ������ � ��� ����

�� ���� ������ (� �5,

� <�� ����� ���� ��� ������� (������ �� ���.

������ (# �5� ����� �������� ��������� 0�����.

��� ���5 �� �����1, <�� ���� ��� ������ ���(�

� �#��� ��� (�����# ���������� �� ������ ����

���� � � � ��� ���� ��� ��� ������ �� �����

�#� �� �� ������� �#� ��� �� �������� # ���.

������,

� <�� � �������� ��� �� ��� �����# ��� �� ���

(�� ��� �������� � ���� ����������: � ��������

� 5��� �� ��� 5����� �����# ��� ��� � �������.

���� � ��� 5��� �������� (# ��� ��� �#����� ���

� �������� �� ��� (�� ��� ,

� ��� �#��� �� ��� ����� �������� �� �������.

���� ����� 6 ��� ��� ?��(��� 0)2431 ��� �.

�����,

<�� ��� ���� ��� ������� ����� �� �����(�� (#

� ������ ������� ���������, <�� ��� (�����# �����.

����� �� �(������ �� �� ����� � ��� ����� �����.

�� ��� ����# (� ���� ��������� 5�� � ��� ���� ���

������� ��� �� ��� (����� � ��� ���� �#� ��

����� �� (� ���, <�� ����� ����� ��# ��� �������

����� ��# �� ����������� �� � ������� � ���

������� ��� ��������� 06 ��� ��� ?��(����

)2431, <��� �� �� ��� �#�� ��� ��� ������ �

��� ��� �#�� �� ����� �� �� ���������� ��������

� ����� 0�) � 4 ��� �$ � $) ��� �! � 4$ ��� ���

�A � )32 ��1 �� ��������� (# ;���� 0)2431 ���

������� (# 8���(� ��� 7� E��� 0)22@1, �� ��� (���

���5� ���� �� �#�� �� �������� �� ������ ���

������� �#������ �� ����� �� ������� �#� ��

08���(� ��� 7� E���� )22@1, <�� ��� ���� �� �����

5����� ��� ��� ���� �#�� ��� �� ������� �� ��

)%% ��, <�� ���� �#� ������� (��5��� )%% ���

$32 �� 5��� �� ��� ����,

<�� ��� ����� �������������� ���� �� ����

����# �� ������ (# ��� ������ �� ������ �������

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# !

Page 4: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

��#���� ���������� ������ � ������� ���(� �

��������, �� ���������� ��� ��(����� �#�� ��#

��� � ��������� ���� �������� ����� ��������:

���� � ��������� �� �������# �� ��� ������������

���������� ���� ��� ��� ��� ������& ������� �

������ �� �������# �� ������� � �� �� 5���� �

� �������� 5������ ���& ����� ������� ��� �������.

�� ����# � ��� ������� ����� ��� ���� �� (�

��������� ������ � ���� ��� �� 0�,�, I��� ��

� ,� )22@& 7� E��� ��� 8���(� )22A1, I��� �� � ,

0)22@1 ���� ���� J��� ���� �(���� ����� ���� �����

�� ������ # 5��� # ��������� �� ��� ��������� �

��� �#� (� �5 ��� ��� ����� ������� ��� ����� � �.

�������� (��5��� ����.�� ���� ��� ��� ���������,K '�

���������� 5��� ��� ��� �5�. �#� ���� � �� �

���5� ���� � ��� �� 09���� �� � ,� )22>1, 8���(�

��� 7� E��� 0)22@1 ���� ���� �5�. �#� ��� �������

���� � 5��� � ���� ��� ������� � ��� �� ���

/�/� ���� ��� �� ������� �� ��� (����� � ��� �#��

5�� � �� � � ���� ��� � � �(��� � 5���, 9� ��� ����.

����� � ��� ��� ������� ������� (� �5 ��� ��� ����

�� ��� ����� ���������� ���( �� �� ��� ���( ��

�� ������� � ���� � ��� �� ��.���������� ����

������ ����� �#����� ��� �#� ��������� (� �5 ���

��� ���� ��� (� ��� �� ��� � ��� � � �� ��� ��

����� � ���� ����.�� ���� 0I��� �� � ,� )22@1, �� ��

��������� ��5� �� �� ���� ���� ��� ��������� � ���

���� �#� 5�� � (����� �������� � ���.����

� ����� ��E�������, <���� �� �� �������� �� �������.

��� (��5��� J5�����K ��� J� �����K �����������, /�

������� � 5����� ����������� 0�� �� ��#�1� ��

������ ���� �5�. �#� ��� ������� ���� 5�� � (�

��������, 9 �5�. �#� ��� ������� 5�� � ������

�5� � ��� ���� ��(����� ������� ����� ������.

���� ��������� �� ��, ������� � ��������� 5���

?9D�L="'7��?I ������� 5��� � �5�. �#� ���

������� ���� ��� ����������� �����# �#�

���5� ���� ��� ���� �������� � �� ����� ��������.

��� � ����# � � ��� ���� ��� ��� ���� 0*�� ��� ��

� ,� )22)1,

<� �����(� ��� ���� ������� ������� ��� ����.

����� ����# � ��� ������� ����� #� ���������

�5� �#�� �� ��� ���� �� �� ���� , <���� �#�� ��

�������� � ���� ���� ��� � � ����� ���� ������

��� ��# ��� � �# � ���������� � � � ������� �

���� ������, �� �������� ��� ���� ��� ����� ���

������ �������������� ���� ������������� 5��

�� �� �� ����� ���� ���� ��� �� � � ��� �� 5�����

��� � ����� ��� � ���� ������ �� �������� # �������

5��� � ����������� ��� � �������� 5������ �

���������� ������� �� ������� ������#, +�� �5

�� � , 0)23>1 �� � ���5� ���� �� �#�� �� ��������

� ���������� ���� ��� �� �� ��� ��# �� � #��,

<� ���������� �����( � ��� ����� ���� ������ 5�

��� ����� ���������� � ���������� (��5��� ���

����� ��� ��� �5��� ���������� ���� � �

�������� �� � ������� � ��� '(���� ������

07� E��� ��� 8���(�� )22A1, 9� ������� � �����

��� '(���� ������ ������� � � ���� � ��� �����

�� ���� � ��������� *��(� 0������ )2421 ��

��������� �� 7� E��� ��� 8���(� 0)22A1, +� 5�

���� ��� �������� ����� � ���� ���� �� ���� �

�������, <�� � �������� ��� �� ��� ��� .�����#

�#���� �������� � � �������� � 5��� �� ���

5����� �����# ��� ��� �+6� ����������� � ���

5��� �������� (# ��� ��� �#���� ��� ��� � ����.

���� �� ��� (�� ��� ��, <���� ���� ���������� �

��� .�����# � �������� �� ��������� � �5��� *�� .

��� ��� D ����� 0)2321 ��� 8���(� ��� 7� E���

0)22@1, <�( � ) �� ���� � ��� � ���� ��������

���� �� ���� ����#,

���� � ��������� �� ���� ��� ��� � ����������

�� )234� � ��� �� � ��������� 5�� ������� ��

��� G����� D���� 0!2�%! �* ��� 2>�!$ �+1� ���5� ��

��� /��� ����6D /�/�, <�� ��������� 5�� �������

�� � )@ � )@ �� ���, 9 ����.� ����� ���� ��� � ����

��������� 5�� ��� ��# ����� �� ��� ������ (# 7����

��� 7� 0)22$1� ��� ������� �� 7���� ��� 7� 0)2231,

<��� �� ������ ��� � ��� ���� 5� .������� ��� � �.

�( � ���� ���� �����( � � � �#�������� ��� #��� � ���

������� ������ ����� 5����� � ��� ����� ���� ,

<��� � ���� ���� ��� ��� (��� ���� � �����

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#A

<�( � )

D������� ���� �� ��� ��� ����� ����

� ���� ��� ������� �� ��������� 0�! ��!1 %,A4

� ��� ��� ������� �� �� � �������# 0�! ��!1 %,!$

� �5� ��� ������� �� �������� 5� ���� �����

0�! ��!1

%,)4

� ���� ����� �������� �� ��������� 0�1 � %,!A

� ���� �#��� �� �������� ��# �� ���������� 0� ��)1 A�@4 � )%�A

�� 6 ��� ��� ?��(��� ��� ������� !,3%

3� 6 ��� ��� ?��(��� ��� ������� >,%A

+� �� ��� ����� A

Page 5: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

��� ����� ���� �� � ������� �� �(������ ���

� ������� 0�,�, 8���(� ��� 7� E���� )22@& 6��� ��

� ,� )22>1, /� � ����� �� ���������� � ���� ���� ��� 5�

�� �� 7���� �� � , 0)22!1 ��� 7���� ��� 7� 0)2231,

/� ���� ����#� 5� 5� ��� ���� ����.� ���� ���� ���

� ��� ����� (��5��� "�# $4 ��� '�� )@� )234,

;���� ���� ������ � ���������� ����� ����

������ � ��� ��� ����� ���� �� � �� �( � ��

���� � !% ��� � ����� ���� ������ 5���� �������

� �� ���������� ���������� ������� ������������

���� 5��� ����� �� �5� �������� ���������� ������

����� �������� �� � �������� ��� ��5�5�� ���

5� � ��������, 9 ���( �� 5�� ������� �� 0�

��� ���� ��1 � ������ � � � $ �, ����� ���

����������� 5�� ���� (# (��� ���# ��� �����

��� 7�5�� ���� �������, ��� ������� 5�� �#����.

����� # ������� �� � ��� ���(� � ����� (# �5�

�������: �� ������ ������ � ��� ��� �����

�#�� ��� ������ ��(� ������ � ������ �� ��

$ �, H� ������ ��� ������� 5�� ����� �� % ��

@ ��� @ �� )% ��� ���� ��� ���� �� � ������ �����,

�� ����� �#��� � ������ ��� ������� ��� � 5��

����� �� ������ ��(� �����������, <������

� ��� ������� ���� ��� �� �������� �� ���������,

/��, ) ���5� ��� �(�� �� ��� ������� � �� �#��

� ��� /�/� � ���� ���� ���, <�� ����� ��� �����.

�� ���5� ��� ����� ��� ����� � ���(� ��# 5�� �

��� ���(� ��# �������� �� 5� �� �� ����� �#��,

<�� ����� ��� ������� ������� �� ������� ��

������������� � ��������� ��� ������(����� ���

���� # ���� ��# ���� �#��, 8���(� ��� 7� E���

0)22@1 �� � � �� ������� ��� ���� ��� ����� ���

�#� �� ��� ���� ��� ������� ����, /� ���������

�� ���� ����� ��� ����� ��� ������� ���� ������ �

����� � 5������ ��� �#��� �#� �� 5�� � ��� ����

�#� �������� # ��������� ����� ��� �� � �������#,

'� ��� � ��� /�/� ��� ����� �� ������

����������� � ��� ������� �� � ������� �

����� ������� ����������� 5�� ���� ���� (# ���

� �� �(� ��# � � ���������� ���� ��� � ��� �������

� �� �������� ����� � ����, �� �������� �� ���

�������� �� ��������� �� ��� �� �� ���� �����

0�,�, ������ � ���� ������������� �� ����������

���,1 ��� ������� 0�,�, ����� �����1 ���( �� ��

� �� � �� �( � � ��� /�/� )234 ���������,

+� �� � ������ � ����� �� � ������� � ����

��� ����� ���� ����� ��� /�/� ���� 0�� ���

�� ��� )2221, +� ���� ���� ���� � ��� ������� �

���� � ������� ���, <�� ��� ������� � ��� ���

�5� �#�� �� �������� 5� (# ��� ���� , <���

������ �� (� � � ���� �������������� (��� � ���

����� �#��, <�� ����� ���� ��� �� �������� 5�

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# @

/��, ), '(�� �� ��� ������� � �� �#�� �� "�# $4 �� '�� )@� )234 � ��� /�/� )234,

Page 6: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

5��� � ��� ����� ��������� � %,2$� � ������ �

(��� � )%,! + ��$� ��� � ��� ���� �����

�� � $%,34 + ��$, �����( � ���� ���� �� ���

�����#� ��� � (��� � �$$,)A + ��$� ��� �����

��������� � %,>@� ��� ��� ���� ����� �� �

!),%> + ��$, 8���(� ��� 7� E��� 0)22@1 �� �

� �� ���� �� ������� � � ������� � ���� ����

� � ���� � ����� ��� � ����� ����������

��� ����� ��� /�/� �� ��� -����� ������� 6�(��5

�� ��� *���� ����� ��� 9�"� �� ��� �����

9�������, 9 ����� � ���� ��� ����� ����

�� ����� # ���� �� � ���� ��� ����� ����

5����� ��� �6"+/ ���� ,

� ����� �����

+� 5� ��� ��� /�/� ���� ��� � ��. �#� ���

����� ���� �� ������ ��� ��������� ��������� ��

������� ), <�� ��� ����� ��� ������� ���� ������

�������� � 5������ ��� �#��� �#� �� �� ������� ��

������������� � ��������� ��� ������(�����, <�

��������� ��� � ��������� (��5��� ��� ��� �����

��� ������� ��� ��� ��� ������� ��� �� �� �� ����.

���� �� ������� ���� � � ��������� � ����� ���

������� ���������� 0�,�, �#��� �� 5������� 5������

�� �#���� ���,1, +� ����� � � �#� � ���� ����

����� ��� ������� ���� ������ � ���� ��� ������.

���� � �#��� ��� 5������ 5�� � � �� �#� � ��

���� �� �� ����� ��� �#��� � ��� 5������ �����,

�� �� ��������� ���� ����� �#� �� �� ��� ����� # ����.

���� �� ���� � ����� � ��� ������, *� ���� ���� ��

�� �� �� � ���5�� �� ��� #�� ������� � ���

����� ��� ������� ��� ��� ��� ������� ��� �

���� ������ ����������, 7���� �� ���� ����������

5� ��� ������# ���� � �#� �� �� ��� /�/� )234

����: "�# $4=���� $@� ���� $@=9�� ))� ���� )@=

�� # $2& ��� ���� �� �#� ��: "�# $4=���� )@� ����

)@=���� $@� ���� $@=�� # %2, <���� ��� ������ ����

�� )) ��#� 0���� )@=���� $@1 �� A3 ��#� 0���� $@=

9�� ))1� ��� ��� ���� ����� ���(�������� �

5������ ��� �#��� ���������,

'�� 5�# �� ���� � ��� ��� ������� ��� � �� ��

��� ��� ������ ��������� � ����� ��� ������� (#

�� ����� � ��� ����� ���� ��� �������� �� ����.

�������� ������ 06� �� �� � ,� )2231, 9� 5� �������

��� �� ��� ���� �� �� ������� � ����������, � �� ��

� �� � � 5��� ���� � ����� ��� ����������

���������� ���� ��� 5� (� �( � �� ��� ����� #

������ ����� ��� ������� ��� � ��� �����

���� �� �������� ��� ��� ������� ��� �, <� ����.

��� ��� �����(� ��# � ���� ���� � ������� ��#� 5�

5� ������� ��� ��� ����� (��5��� ��� ��� �������

��� � ��� ��� ����� ��� ������� ��� � ���� �

��� �� �#� �� � ��� ������� � � ����� ������

�� ��, +� 5� ���� ��� ����� � ��� �� �#� ��

� � ���� � ����� �#�0�1 ��� 5��� ��������

���� # ��� ������ �#� ��� ������� 04$1 ��� ���

���� �#� ��� ������� 04!1, +� ���� ��� ���� ���

�#�� �� ������ �� ���� � ����� �� �)� �$� �! ���

�A 5�� � ��� ����������� ��� ������� � ����

�#� �� ������ �� 4�� 4$� 4! ��� 4A, �� ����� ����.

������� 5� 5� �# ��� ���� � ������ ������ ���

���� �#� ��� ������� (��5��� ��� 5� ���� �����

0%,)@1 ��� ��� ��������� ����� 0%,A@1 5��� �� ���� �

� %,%@, <��� ���� �� ������ (���� �� ��� � �����

��� �����# � ��� /�/� ���� 0<�( � )1, �� �� ��#� 4$

��� 4! �� ��� # �� �� � ������ ������ � ��� �

���� ���� �����, �� �� ��� � ��� ��5� �� ��5 �� �����.

� ��� ����� �5� �#�� ������ #, 6��������� #� 5�

�� � ������� �� ������ ��� ���� ������ � ��� � 4$

��� 4!, <�� ����� ��� �������� 4�� �� ������ ����

5��� ��� ����� �(�� ����� ��������� �� 5��� ���

���� ����� �����, H� �� ��� ����� � ��� � ���

�� �#� �� ��� ��� ������� ���� � ����� ���

�#��� 5� �� � ������� �� ���� ��� ������ ��� �����.

�� � ��� ���� �#� �� (� � ��������, 9 ����� ���

�� /��, ) �������� ���� ���� �� � �# ��� � ������ ��

��� ���� �#� ��� ������� � ��� ����� �(�� �.

���� ����� ��� �� ��������� ����� ��� �� � �������#

� ��, 6��������� #� �� � �� ���� ������� ��� ������

� �� � ��� ���� �#� ��� ������� �� ���� �� ���

�� � �������#,

/� ��� ���� � ���������� �����(�� �� ���

��� ��� �#� ��� ������� 4�� �����( � ����

��� "� ��� ����� ���� ��� �� �� ���� ����

5��� ������ ������ ������� � 4$ ��� 4!, <�

������# ��� ���� ������ ��� �������� �����

����� ���� ������� 5� ��� ���� ���� ��� ����

����� �� 0*�"��1 �� � ����� � ���������,

�� �� ������ �� ��� ���� � ��� ��� ���� �����

�� ��� �(�� �� ������� �� ������, <���

���� ���� ����� 5�� � � �5 �� �� ������

������� � ������ ���( �� 5��� ���� #

���������� ���� ��� ����� � ��� ������� ���

����� �����,

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#>

Page 7: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# 4

/��, $, 0�1 *��� ���� ��� ���� ����� �� 0*�"��1 � ��������� ��� # ����� ��� ������� � � ���� � ����� �#�0�1 ��� ������� �

���� � �#� ��& 0(1 ���� � �� 0�1 (�� � �� �#� ��,

/��, !, 0�1 ���� � �� /��, $0�1� (�� � ��� # ����� ���� ���, 0(1 ���� � �� 0�1� (�� � �� �#� ��,

Page 8: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#3

/��, A, 0�1 ���� � �� /��, $0�1� (�� � ��� # �����( � ���� ���, 0(1 ���� � �� 0�1� (�� � �� �#� ��,

/��, @, 0�1 ���� � �� /��, $0�1� (�� � ��� # ��������� ��� ���� ��� �������, 0(1 ���� � �� 0�1� (�� � �� �#� ��,

Page 9: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

� �������

#��� 5 ��������� 3 �( � � ���� �����.� ���6� ���

�.���� ���� �����.� ��� 7.� �

/��, $ ���5� ��� *�"�� � ����� ��� �������

0�,�, ��� �#�1 ���������� � � ���� � ������ ���

���� �#� ��� ������� ������ ������� ����� ��� ���

�#� �� � ��� ������� � � ����� ������ �� ��,

����� ��� ������� ���5� � ���� ����� � ������� .

��# �� ��� ������ ������� � ����� �#� ��� 5���

�������, <�� *�"�� ��������� � ������ ������ �.

������ ���� �� ���� ���� (# � ���� � �� ��� ��

����, �� ������ ���� ��� ��� ��� �� ������ � �����.

� ������� �� ��� �(�� �� ����� ��� �������� ���

��� ��� *�"��, /� ����� �� � ���� ������ �

"�# $4=���� $@ ��� "�# $4=���� )@� �4��% �%�A$%� ��� ������ ������� � �4$�% � �4!�% � %�)@

�� �� ��� ����� *�"��& � ���� ����� � ��� )@=

�� $2 ��� ��� )@=��� $@� �4��% � %�)3>� ���

�4$�% � �4!�% � %�A@ ������� ��� �������

*�"��,

<�� *�"�� �� ���� # ��� � � ��� � �#� ��

0/��, $0�11 ������� �� ��� �� �#� �� 0/��, $0(11,

?�5� �� ���� ������ �� (� � ������ �� �4$�% ��4!�% � %�!%� 5���� �� ���������� # ��� �� � ����.

���#� � � ��� ����� �������� �������� � � ���

������� ����� � ��� �#� � �����,

���� � �� ��� ����� ��� �������� ��� ������.

���� � ����� ����� � �� ���5� ���� ������� ��# ��

��� ������ ������� � ����� �#�0�1 ��� �������,

7�� ��� ����� � ������� ��# �� ������ �� ����

� ����� ��� �������, <�� ����� �#� ���

������� ������ �������� ����� �� ����� ��� ������.

���� �� �� ����� ����� �� 5� ������� � #

������� ��� ������ � ��� � ����� �#� ��� �����.

�� �� ��� �� � �������# �������� � � ��� ������

����� ��� �������, +��� ��� ������ � ��� � 4$

��� 4! �� ���� �� � ����� ���� ��� �� � ����.

���#� ��� *�"�� ���5� ��� � ������� ��# �� �����

���� ��� 0/��, !1, ?�5� �� ��� *�"�� � �����.

( � ���� ��� ��������� �� �� ��5� � ���������

� ��� � ������ ����� �#� ��� ������� 0/��, A1,

<�� ������� ��# � ��� � ��������� ��� ������� ��

���� � �� ����� � ����� ���� ��� 0/��, @� <�( � $1,

9� ��� ������� � ���� �� ���� ����� ���� ��� �� ���

� ��� ��������� �� ��������� ��� 5��� �� ���

����� �#��,

9�� #��� � /���, $=@ �������� ���� ���������� �

����� ��� �������� ��������� ��� � ��� 5���

�������� �����( � ���� ���� ��� ����� ���� ��� ��

����� ������� � �� ������ ������� � ����� �#�0�1 ���

������� � �#���� 5������ ��� �#��� �#� �� ����.

���� �� �� �� ��#� �� �� �� 5����, ?�5� �� ���

����� ��� ������������� � ����� ������� ����� ��

������ � ������ ���( ��, �� ������ �� � ���

������� ��� ������ ��� ������� ��� � ���� ���������

��� *�"�� 5��� ������ �� ����� ��� �������� ��

��# ��� � 5�#� ��� �� ������ ���������� � �����

�����, ����� ����� ������ ������� # ����� ���� ����

�� � ��� # � ���� �� ��������� ��� �������, �� ������

���� � ������ ��� (��5��� ��� ����� ��� ��� �����

�#� ��� ������� ������� (# 6������ ��� 6� ���

0)2241 ��� � ��� # ��� ��� ��� �������� �� �����.

�� ��# � ����� ��� ������� ��� ����� �����,

/� ��� /�/� ����� ���������� � ����� ����� ��

�� ������ ������ � ����� �#� ��� ������� ��

���� ���� ������ (# ��� ������� � ����� �����.

���� �� �, <�� /�/� ���� �� �� ��� 5��� �� ����

5��� �� ���������� ������� ��������� �� � �

3@M, 9� � ������������ ���� � ��� 5��� � � ���.

����������� �� ��� �� �� ��� ���� ���������, +�

������� ��� ���� ���������� 0� �������� � 5���

�� ��� 5����� �����# ��� ��� � ����������� � ���

5��� �������� (# ��� ��� �#����� ��� � ��������

�� ��� (�� ��� 1 � ��� ��������� � ��������������

� ��� /�/� ���� ��� ��� ���� ��� ��������� � ��� ���

���� ������� � ���������� # 2%M � ��� ����

� ��������������, ����� � ��� ���� �����(�����

�� ��� ���������� �� �� ��������� ���,

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# 2

<�( � $

6�������� � ��� � ��������� ��� ������� � ������ �#� �� ��� ������ ��������

D�� � ��������� ��� 5��� 0��1 6#� �� ) ��� $ 6#� �� ! ��� A 6#� �� @ ��� >

'(�� �� !%,3!A $2,!)) $3,3)$

������ ��� 5��� ����� ��� ������� A$,%%% !$,3%% )3,>%%

������ ��� 5��� �� � �������# !%,%%% !%,%%% !%,%%%

Page 10: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

#��� ��� ��� �� ���� �����.� ���6� ��������8����� 3�� �

�� � ��� �� � �� � ���� �����.�

<�� �(� � ��� #��� �������� ���� ��� �� ����� � �

��� ����� ���� ����� ������ ������ � ������

����� �#� ��� ������� �� ��� ��� # �� ������ ��

������� ���� � � ��� ������� ��� � ��� �������

���������� � ����� ������ ������ # � ��� ������

����� ��� ������� ����������, *�5� 5� 5�

��� �� ��� �����(� ��# � ��������� ��� ��� �������

��� � (���� �� ����� # ������ ����� ��� �����.

��, ?��� ��� �(�� �� ����� ��� ������� �� �����

�� � ������� � ����� # ������ ��� �������, +�

5� ������ ����� ��������� (���� �� ����� �#�

��� ������� ������ ������� �� ��� �� � �������# (������

��� ��� #��� �� ������� A,) �������� ����� ������.

�� � � ����� ��� ���������� ����������� �� � ����.

���# ������ �� �� ��� ��� ���� ���������� ���

������ ��������� � ��� ��� � ��� �������, '�

�(E���� � �� ���� ������� �� �� ��� �� 5����� �� ��

�����( � �� ���� ����� ��� ���������� �� � ���

������� ��� � (���� �� ����� # ������ ����� ���

�������,

+� ���� ��� ��� �������# �� ��� �� (��5��� ���

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#)%

/��, >, *��� ���� ��� ���� ����� �� 0*�"��1 � ��������� ��� # ����� ��� �������� ��� # �����( � ���� ���� ��� ��� # ����� ���� ���

(# ������ ����� ��� ��� ������� ��� � (���� �� ����� # ������ ����� ��� ������� 04�1 ������� ����� �� ������ ������� � ��� �������

��� � �� �� � �������#,

Page 11: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

����� # ������ ����� ��� ������� 0������� 5���

� ��� � � ������� � �����1 ��� ����� �#� ���

������� 0������� �� � �����1, -��� #� ���� (����#.

���� # (���� ��� = ���������=��������� �����

���� � �� ������� �� (� ��� �.�� ����� 5��� ������

�� ��� (�����# ���������� � ��������#� ����������

��� ��� �������, �� �� �� � , 0)2241 �� � ������

� �#�������� ����# �� �������� ��� � ����# � ����

���������� ����� /�/�.32 �������, <��# �� � �� ����

��� /�/� ������ ���� ���� � 5��� !% � !% � ������

��� ������ ���� � ����� ���� � 5�� �������� ����.

������� ���������� ��� ��� �������� �� ���� ���

��� �� ���� �(�� ������, �� �� �� � , 0)2241 ���� ���

���� ���� � � ����� � ��������# ��� ���������

�������� ��� (� ���� �� �� �� ��� ����� �����

� � � ���� � ������ ��� ��� �� ����� �� �� ��

�� ������� � ���� ��� ���� 5��� ������� ����.

����#, <���� ��� �� ������� ����� �� ���� � ����

��� ��� /�/� ������� �� 5�� � (� ������( � ��

������ ��� � �� ����� (�����# ���������� � ����.

����#� ���������� ��� ��� �������� 5����� ���

������� � ���� ����#,

<� ��� �� ��� �����(� ��# � ���� ������� ���

���������� �� � ��� ������� ��� � (���� ��

����� # ������ ����� ��� �������� 5� ����

��� ���� ������: ���� � �#� �� ��� ���� �� �#� ��

������ (���, �� ����� ���� ������� ������ � �� �

��� ������� �� ���� �#� �� ����� ��� �� ��� ����� #

������ ����� ��� ������� � �� � ����� �� �

�������#, � ���� �� � ������ ��� (��5��� ��� �����

��� ����� �#� ��� �������� �#� �� 5��� ���� ������

����� ��� ������� �� �������� �� ���5 ������

���� � ������ ���, +�� � �#� �� 5��� ��� ������

����� ��� ������� �� �������� �� ���5 ���������

����� � ������ ���,

<� � � ���� ��� �������� � ������ ���� ���

*�"�� �� �� �� ���� � ��� ����� ��� ��������

�����( � ���� ���� ��� ����� ���� ��� � ����� ���

���� ������, /� ���� �#� �� ��� *�"�� �(������

5��� ��� ������ ��� � �� ��� �� � �������# �� � �����

������� ����� �(������ 5��� ��� ��� � ������ ���� 5���

����� # ������ ��� ������� 0/��, >1,

� ���� �� � ������ ��� (��5��� ��� ����� ���

����� �#� ��� �������� ��� ��� ���� ���� �#� ��

5��� ���� ������ ����� ��� �������� ���� �� �#� ��

������� �� "�# $4 ��� ���� $@ 0�#� �� )=A1� 5�

���5 ������ ���� � ������ ���, 6��������� #�

����� �#� �� 5� (� (���� ������ ���� �� �����

������� � ����� ��� ������� ������� �� �����

������ ���� (���� �� ����� �� � �������#, /��, >

0�#� �� )=A1 � �� # ����������� ���� �����, +�� �

�#� �� 5��� ��� ������ ����� ��� �������� �#� ��

������� �� ���� )@ 0�#� �� @ ��� >1� ���5 ���������

����� � ������ ���, 9� ������ ������� (���� �� �� �

�������# #�� �� (���� ��������� � ����� ��� �����.

�� ��� ����� � ����� �#� �� 0/��, >: �#� �� @ ��� >1,

�� ������ ���� �������� ����� ��� � (���� ��

����� ��� ������� � ������� ���� ��� ���������

5��� �� ����� �#�� � �#� �� )=A ��� ����������.

���� �� �#� �� @ ��� >, �� �������� ����� ��� �

(���� �� �� � �������# ���������� ���� ���������

��� ������� � �#� �� )=A ��� � ������� ���� �

�#� �� @ ��� > 0<�( � )1, 7���� �� ����� ��� ��� ���

��# ���� ���� � ������� ������� � ��� ��������� ���

5��� �� ����� �#�� ���� �� (���� ���������� �

����� ����� �����������, '�� � ��� �����( �

������ ��# (� ����(���� �� ��� ��� ���� �����(�����

���� �� ��� ���� , �� ���� ���� ��� ������ ���

���� �� ����� # �����(���� �� ��� ��� ���� �#���

�,�, 5) � 5$ � 5! � %�!! 08���(� ��� 7� E����

)22@1, ����� ��� ��� �#� ������ � �5 � ��������

������ ��� ���� ������# ���������� # ������� 5���

�����, ���� � �����(����� � ��� ��� �� ��5� ��

��# ��� (� ��������� � ��� /�/� ���� 5���� ��

��������� (# �� ����, 9 ��� ��� ����� �#� ��

���� ������ ���� ��� ������ ��� ���� �#�� ���

��� � ���� ��� ������� �� ��� ��� �#� �� �5�

���� ���� � ��� ������ ��� ���� �#��, 6��������� #�

��� 5��� �� � �� �( � �� ��� ��� �#� ������� 5���

��� ���� �5� �#�� � ��� ���������, <������ �

����� �����(����� � ��� ����� �� ���� �� ����

���� � 5�� � ��� �� ��� �������������� � ���

���������, �� ������ ���� � ������� ������� � ������

��� ���� �#� ��� ������� �������� �� ���������

���� �������������� ��� ���������� # ���� ��

�5� ���������� �� �� ����� �����,

/���� ��� #��� �������� ���� � �������� � ���

�����(����� �� ��� ��� �#� ��� ������� � ���

�����(����� �� ����� �#�� ���� �� ���������� ����.

���� �� �"� �� � ��������� �����( � ��� �����

�����, /� ��������� 5� ������ ���� ��� ��� ����

�����(����� �� ��� ��� �� ��������� �� ��� ����� �

���� �#�: 5) � %�%4� 5$ � %�$)� ��� 5! � %�4$� /�

��� "�# $4=��� $@ ���� ������ 4$ ��� 4! ������ ����

�� ��� �� � �������#� ��� ��� ���� ����� ��� ��

)@,23 ��� $!,$4 + ��$ � ����� ���� ��� ���

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# ))

Page 12: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

�����( � ���� ���� ������� � #, <���� ��� ��

���������� # ��� � ������� �� ����� ��

����� # �����(���� ��� ����� $@,$) ���

@%,32 + ��$ � ����� ��� �����( � ���� ������

������� � #, +� ���� ����� ��5� �� �� ����������

� � �������� ��� ���� �����(����� ��� �� �����

��#���� (���� ��� �� 5�� ������ �� ���������� ���

����� ���� ���������� 5��� ��� ���� � � ��� �����

�#� ��� ������� �� ����� # ������ ��� �������

������ � ���� �� ����� ���������,

� �����������

9� ������� ���������� � ��� ������� ��� � ��

�������# � ����� �#�������� ����� � ��� ���.

�� � ��� (������������ ���� ��� ��� ��� ��������,

������ ������� ���������� �� ��������� # (����

���� � ��������� ��� ������� ���������� � �

��� ����, <�� ��� �5 ������� ������� ����� �

����� � ����5� � ������� ��5� �� ����� ��� ���

� ����� # ������ ��� ������� � ���# ���=����.

����� ����������� ����#���� �#������� ��� (�����.

������� �#� � �������,

�� ���� ����#� 5� ������� ��� ����(� ��# � ���� .

��� ��� ��� ������� ��� � �� ����� ������.

����� ������ � ���� �� ����� ����������

��������� (# 6� �� �� � , 0)2231, +� � �� ��� ��

��� �������# � ����������� � ����� ����� �� �

������� � ���� �� ��� ������� ��� �, +� ��� �

��. �#� ��� ����� ���� ��� �(�� �� ���� ����

�� /�/� )234 �� ������ ����� ������,

<� � � ���� ��� �������# � ���� ��� ��� ���

������� ��� � �� ����� ������������ 5�

������� ��� � ��������� (��5��� ��� ����� �#�

��� ������� ��� ����� ��� �������� ����� ������

��� �� ��� ��������� ��� ������� � �����

����� ��� ���������� ����������, ����� ���

������� ���5� � ���� ����� � ������� ��# �� ���

������ ������� � ����� �#� ��� 5��� �������, <��

���� ���� ��� ���� ����� �� �� ���� # ��� �

� ��� � �#� �� ������� �� ��� �� �#� �� �

����� ������ ����������, ���� � �� ��� ����� ���

�������� ��� ���������� � ����� ����� � �� ���5�

���� ������� ��# �� ��� ������ ������� � ����� �#�

��� �������, 7�� ��� ������������� � ����� ������� .

����� �� ������ �� ����� � ����� ��� �������,

<�� ������� ��# � ��� � ��������� ��� ��������

��5� �� �� ���� � �� ���� � ����� ���� ��� �������.

��� ���� ����� ���� ��� �� ��� � ��� ��������� ��

��������� ��� 5��� �� ��� ����� �#��, �� ������

���� � ��� ������� ��� ������ ��� ������� ��� � ����

��������� ���� ���� ��� ���� ����� �� 5���

������ �� ����� ��� �������� �� ��# ��� ��� ��

������ ���������� � ����� �����, <���� ��� ��

������� ���� ��� �� ����� � � ��� ����� ����

5��� �� ������ 0�� ���� � ������� ��� ����

����� ��1 ������ ��� ������� ��� � ��# ���

� 5�#� ��� �� ������� ���� � � ����� �#� ���

������� ��� ����� ����������� � ����� �����,

+� ���5 ���� ��� ������# � ����� �#� ���

������� ���� � �� ����� �����������

������� ����� # �� ��� ������ ����� ��� �������

����������, /� 5���� ����� ��� ������� �����.

������ �� ������ ������� (���� �� ����� # ������

����� ��� ������� ������ �� (� �������� � ���

���� � � ����� �#� ��� �������, /� ���

����� ����������� ��5� �� � ������ ��� � �����

��� ����� �#� ��� ������� �� ������� ��� ��

������ ������� (���� �� ����� ������� 5�� � ���

�� ��� ��, <���� ��� �� �� ���������� 5���

����� � 6������ ��� 6� ��� 0)2241, <��# �����

���� ��� �#��� ������� �� �(��� ��� ���� ��� �

����� ��� ����� �#�� 5��� ��� ������ ��� 5���

������� �� �(� � ���� ������ �, 7� �5 ���� ������ ��

��� �#��� �� �������� ��� ��� ����� ��� ��� �����

�#�� ��� ����� # ������ �� �� ��� ����� ��� ��

��� �������� �� ��� ����� �#��� �� �������� ��#,

+� ���� ����� ��5� �� ���� ���� � ������ ���

(��5��� ��� ����� ��� ��� �5� �#� ��� �������

�� ��� # �� (� �������� (# ��� ������� � ���������

��� � ����,

���� �� � ���� ����# ���� (� ��������� 5���

������� (������ �� ��� ���� ������� ����5� �

����������� � ��� �������, �� �� ��#� ����5� �

�� ���� ������������� ����������� � ��� �����.

��, <���� ��������� ���������� �� ������ 5���

����� ����������� � ����� ��� ������� ��

����� ������� �� ����� ��� ������ ��� ������� �

���� ������, +� � �� ���� ��� �������# �� ��� ��

(��5��� ��� ��� � � ����� ������ 0������� �

�����1 ��� ��� �� ���� �(�� ������ � ����� �#�

��� ������� �����������, 9� ���������� � ��� �

�� ������ � ��� ������ (�����# ���������� �

��������# ��� ���������� ����� ��������� � �

� ��� � # ����������� ������ ��� ��� /�/� ����,

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#)$

Page 13: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

"�� ����������� ��5� �� �� ������ 5���

������ ����� ���������� �� ����� ��� �����

��� ��, '� �� �����# ��� #��� � � ����� ���

����� � � ���� �� ����� ��������� �� ��������

��� ������� ��� � �� � �����, <� ���������� ���

�����=���� ������� � ��� ������� ��� � ���

����� ����� ������������ 5� ���� �� ������ ���

�(� � ������� ��# � � ��� ����, <��� 5�

����� � �����(���� ��� ����� ���� 5����

��� ��������� ������ # ���( � ����������

����� ��� ����� �������� ���� ��� ����

��� ������, <�� �������� � ��� ���� ���

��� ������# �����(����� �� ��� ���� � � ���

��� � ��� ������� ���������� � �� ����� ����

������,

����� �� �������

<��� ������ 5�� ��������� �� ���� (# ����� ��

��� *������ ������� /��������� � ��� -����� ������

��� -����� ������ ;�������� � 9���� ���,

����������

9(������ ��� /,� ������5���� 6,� 6������#� 7,� )233, ���� ��

����� �#�� ��# �� �� ������ � � �(� � ����� ���� �

0H6"�1: ��� 5��� �� ����� ��� � ��������������, �,

6 ����� )� 2$)=2A),

9����� <,� ?�� N,� �� ��� �,� )22>, 9 ������ ����# � ��� ����#

��� ������� ����� �������� �� ��� ��� �����, ����� �

?#�� ��# )4A� $>!=$3A,

9#�� �,",� ������� �,6,� D���� �,/,� )23!, ���������� ��� � 5���

������ �� ����� ���� ��� ������� ����������� ����

(�� �� � ����������, +��� �����, ���, )2� A%!=A)$,

7� E���� 9,6,",� 8���(�� D,� )22A, <�� ������� ��# � 5����

� �������� �� ��� ��� ����� � ����#����� ��������� ��

��� �6"+/ ���� , 7����, ��#� "����� , 4)� )!@=)A2,

7����� 9,� 7� � ��?,� )22$, /�/�.)234 ���� ����� ���� ������ ����

��������, 9 �� �( � �� 9��������� �������� �,;, O!� 7��

!)$@� D������� 8< %@4>!,

7����� 9,� 7� � �,?,� )223, /�/� ����� � ����� ��� ����.� ����

������� )234=32, �, 9����, ���, @@ 041� )%2)=))%3,

7����� 9,� 7� � �,?,� 7� E���� 9,6,",� )22!, 6�������� (��5���

��� ��� ����� ������� � ��� �6"+/ ���� ��� ��� /�/�.

)234 ����, P, �, �, "����� , ���, ))2� 24@=)%%),

7������� /,� "����� �,/,� *�� ���� �,� )22!, ��������� ������ �.

���� � ��� ������� �� ���������� �5 � � ���������

��� �: ������� ��# ��� �� �(����� �������, �, 9�� , "����, !$

031� )!!@=)!@),

7��� �� �,� +������ ?,� )232, -�� � ����� # ������ ��� �����.

�� ������� �� (�����# ���������� �� ��� =��������� 5���

������� ���� ��� $: ���������� ��� 5��� (� ����, +���

�����, ���, $$@� $A!4=$AA4,

6� ��� �,.6,� *�� ���� �,� 7������� ��� D,� )223, ����� ��� ���

���.���� ��� ������� �� ����� ��� ������� � ������.

��� ���������: � ����(� ��# ����# (���� �� �� � �����������,

�, 9�� , "����� , !4� !4)=!3>,

6��� �� D,�,� ��������� <,�,� )23!, ���������� ��� �������

������ �� ��� ��� ���� �� ����� �����������, ��� ���,

)!@� $A@=$>A,

6������� +,�,� 6� ���� <,*,� )224, ;����� ��� � ����� ���

���.����� ��� 5��� �������: � ����� ������� �������� �,

+��� �����, ���, !! 0>1� )!3!=)!2@,

6���� /,� "����� � G,� �������� �,� L��� I,?,� D��� �,� G���� 8,�

;���� P,� 7����� 9,� )22>, "��� ��� ��� ����� � �������� (#

�� ������� ��� ��������� 5��� /�/� �(�� ������, �,

H����#�, ���, )%)� 4$@)=4$>3,

6 ���� �,7,� ?��(���� H,� )243, ������� ��������� � ����

��� �#��� �� ��������, +��� �����, ���, )A� >%)=>%A,

;����� �,+,� )244, 9 �������������� � �����.����� �����.

�� ������� � ��� �� ��� ���������� ��������� ���� �, �,

9�� , "����� , )>� ))3$=))3@,

;����� �,+,� )243, ������� ��������� � ����� �����

��������� ��� ������� 5��� ��� ����� � � �#� � �����.

����, �, H����#�, ���, 3!� )332=)2%!,

������ �,<,� )224, ��� �������� ��� �#�� ���� ������� (��5���

����� ��� ����� 5���� ������ ������� ��� �����#����

��������� �#����� � ������ ��� �������� � 5��� �������

�#����� 0D��������� � ��(�� �#������� �!� 9�� )2241�

�9?� D�( , *�, $A$� ��, )$2=)A%,

�������(�� ;,� *������� ?,� *E���� �,H,� )22A, �� ��� ���

�� ��� ��( �� � ��� ������� ��� ��������� ��� �� (#

��������� ������ ����� � �� ��������# ����� # ������

�(�� ������, ���� <���, H�����, ������ ������� !$� A!3=

AA3,

?�� N,� �� ��� �,� )22@, D�������� � ����� ����� ���������

��� ��� ������� ������� (# ��� ��� ����� ������, +���

�����, ���, !)� $@!)=$@!2,

�� ��� �,�,� ������� �,<,� )22>, +�# (���� � %,%%%)M � ����K�

5���Q 6�� ����� � ��� ������� ������, ��� <���,� 9�,

H����#�, -���� 44� A$%,

�������� <,�,� )23%, D�� � ��� ������� �� ����� ������.

�����, �, ���, ;������ ;� , )%> 0��$1� 3)=2$,

�������� <,�,� ��������� <,�,� )232, D���� � ����5� � �����

������� �#���� � ��� �������: ���� ��������� ������,

���� <���, H�����, ������ ������� $4� $$@=$!@,

G���� � G,H,� �������� <,�,� )22!, ���������� ��� � ��� �������

�� ����� �#� �����������R� � ��5, H���� �������

)2A)� )$@=)!>,

��� �,� �� ��� �,� )222, '� ��� ���������� � ��� ������� ��� � ���

����� ����� ����������� �� ��������� ������ ����� �

����� �#� ��� �������, �, ?#�� , $$%� 3>=)%!,

������ �,/,� )242, 9 �������� ���� � ����� ���# ����� �� ���

���������, 7����, ��#, "����� , )2� )34=$%$,

"���(�� �,� )2>2, 6 ����� ��� ��� ����� ���� �����: ��� ����.

������ ���� ����� ��� ��� �#�� ��# � ��� ����K� �����,

"��, +����, �� , 24 0))1� 4!2=44A,

"�6��(�� ",6,� D�� ��� �,9,� )23), ���� ����� � ��� ����� �

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�# )!

Page 14: Estimation of root zone soil moisture and surface fluxes partitioning using near surface soil moisture measurements

����� ����� � ���� ��� ������� �� � ������� � �������

���� , D�� �: ��� �#�, �, H����#�, ���, 3> 06)%1� 22$2=22!3,

*�� ���� �,� D ������ �,� )232, 9 ���� � �������������� � ���

����� �������� � ������ ����� ���� �, "��, +����, �� ,

))4� @!>=@A2,

*�� ���� �,� ������� D,� 7������ �� D,� )22), 9� ��������� 5���

�� �� ����� ����� �������������� �� � ����(���.��� �

���� , D�� ���: 6�������� 5��� ��� ?9D�L."'7��?I ����.

���, "���� # +����� �� ��5� ))2� $!2!=$A)!,

D�� ��� �,9,� )23A, "������ � ������ ����� ���� ���, 9�������

D���� *�5 I�� >)$ ��,

��������� <,�,� �������� <,�,� "�G��� ?,�,� )23%, �� �# � ����.

��� � ��� ������� ������������, +��� �����, ���, )>�

2>)=242,

�� ��� D,�,� ?����� ",;,� ?� � /,H,� 8���� �,7,� ;��E������ �,�,�

�������� D,",� "��D������ �,�,� )224, <�� ������ � �����

���.� ����� ��� ����� ��������R��������#� ���������

���������� ��� 5������R�� �� �� ������ � ����������� ��� �

0���������� # )% ��$ �����=��������� ���� ��� �������

�����, �, ?#�� , )2% 0!.A1� $>2=!%),

8���(�� D,� 7� E���� 9,6,",� )22@, 9� ���� �� ��� ����� ���.

����������� ������ �� ��� �6"+/���� ��� ��� � �������, �,

6 ����� 3� $4)>=$4A3,

+�� �5� ;,9,� �������� 9,7,� � ����� 9,� )23>, "��� ��� �

���.����� �������� ��� ���� �������� �� �������

� ������ ;#����� 6 ����� ��# <���, *���, *�, !3� "����.

� ����� '���� "�� '$% 0����( �����1� 7����� � 7����

2A ��,

I���� N,�,� ;��������� �,�,� ?�������.�� ��� 9,� D������ 9,�,�

)22@, D� �����# ����# � ����.�� �������� �� ���.�����

���� � 5��� ��� ��� ����� ���� � D��D� ����� )0�1, �, H����#�,

���, )%%0;31 0)>1� @@!=@43,

*� +�� � ,���� - *�.���� �� "�������� �$/ 0� �1 �2�#)A