Abstract Cosmic-ray neutron probes (CRNPs) have footprint radii for measuring soil-water content (SWC). The theoretical radius is much larger at high altitude, such as the northern Tibetan Plateau, than the radius at sea level. The most probable practical radius of CRNPs for the northern Tibetan Plateau, however, is not known due to the lack of SWC data in this hostile environment. We calculated the theoretical footprint of the CRNP based on a recent simulation and analyzed the practical radius of a CRNP for the northern Tibetan Plateau by measuring SWC at 113 sampling locations on 21 measuring occasions to a depth of 30 cm in a 33.5 ha plot in an alpine meadow at 4600 m a.s.l. The temporal variability and spatial heterogeneity of SWC within the footprint were then analyzed. The theoretical footprint radius was between 360 and 420 m after accounting for the influences of air humidity, soil moisture, vegetation and air pressure. A comparison of SWCs measured by the CRNP and a neutron probe from access tubes in circles with different radii conservatively indicated that the most probable experimental footprint radius was >200 m. SWC within the CRNP footprint was moderately variable over both time and space, but the temporal variability was higher. Spatial heterogeneity was weak, but should be considered in future CRNP calibrations. This study provided theoretical and practical bases for the application and promotion of CRNPs in alpine meadows on the Tibetan Plateau.

中文翻译：

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用于测量高寒草甸生态系统中土壤-水分含量及其时空变异性的宇宙射线中子探测器的足迹半径

摘要 宇宙射线中子探测器 (CRNP) 具有用于测量土壤含水量 (SWC) 的足迹半径。理论半径在高海拔地区（如青藏高原北部）远大于海平面半径。然而，由于缺乏这种恶劣环境下的 SWC 数据，青藏高原北部最可能的 CRNP 实际半径尚不清楚。我们根据最近的模拟计算了 CRNP 的理论足迹，并通过在 33.5 公顷的地块中 21 次测量场合的 113 个采样点测量 SWC，分析了青藏高原北部 CRNP 的实际半径。海拔 4600 米的高山草甸 然后分析了足迹内 SWC 的时间变异性和空间异质性。考虑到空气湿度、土壤湿度、植被和气压的影响，理论足迹半径在360~420 m之间。由 CRNP 测量的 SWC 与来自具有不同半径的圆中的接入管的中子探针的比较保守地表明，最可能的实验足迹半径为 >200 m。CRNP 足迹内的 SWC 在时间和空间上都有适度的变化，但时间变异性更高。空间异质性较弱，但应在未来的 CRNP 校准中加以考虑。本研究为CRNPs在青藏高原高寒草甸的应用和推广提供了理论和实践依据。由 CRNP 测量的 SWC 与来自具有不同半径的圆中的接入管的中子探针的比较保守地表明，最可能的实验足迹半径为 >200 m。CRNP 足迹内的 SWC 在时间和空间上都有适度的变化，但时间变异性更高。空间异质性较弱，但应在未来的 CRNP 校准中加以考虑。本研究为CRNPs在青藏高原高寒草甸的应用和推广提供了理论和实践依据。由 CRNP 测量的 SWC 与来自具有不同半径的圆中的接入管的中子探针的比较保守地表明，最可能的实验足迹半径为 >200 m。CRNP 足迹内的 SWC 在时间和空间上都有适度的变化，但时间可变性更高。空间异质性较弱，但应在未来的 CRNP 校准中加以考虑。本研究为CRNPs在青藏高原高寒草甸的应用和推广提供了理论和实践依据。但应在未来的 CRNP 校准中加以考虑。本研究为CRNPs在青藏高原高寒草甸的应用和推广提供了理论和实践依据。但应在未来的 CRNP 校准中加以考虑。本研究为CRNPs在青藏高原高寒草甸的应用和推广提供了理论和实践依据。