土壤復介電常數與土壤水分之間的敏感關系構成地球探測技術的核心基礎。這些技術包括用于測量原位土壤濕度的時域反射法和頻率反射法、地下目標識別的探地雷達以及實現全球和區域土壤水分反演的主/被動微波遙感方法。土壤復介電常數受到土壤水分的影響，并隨著土壤溫度、質地、容重、鹽分、陽離子交換量和有機質含量等因素的變化而發生改變，從而影響上述電磁探測方法的精度。
有研究表明，土壤復介電常數隨土壤電化學參數和鹽分顯著變化，但這些要素的作用機理尚不清晰。土壤復介電常數隨溫度變化呈現上升、穩定和下降三種趨勢，這些變化可歸因于一種“競爭機制”。而目前的土壤復介電混合模型未考慮這一機制，導致時域反射法或頻率反射法以及遙感方法計算的土壤濕度精度下降。
中國科學院西北生態環境資源研究院高曉清團隊發現，電化學參數和鹽分通過改變粘土顆粒表面的雙電層結構影響土壤復介電常數。應用雙電層電場強度和陽離子溶液濃度，該團隊構建了弱結合水靜電特征函數以及考慮土壤電化學參數和鹽分的復介電理論模型。這一模型揭示了這些復雜因素對土壤復介電常數的作用機理，解釋了普通礦物土壤的復介電常數可僅依賴三個基礎參數便可以達到較高計算精度的原因。
同時，該研究在Dobson復介電混合模型的基礎上，重新擬合了土壤參數項和電導率項，將原模型六個輸入參數簡化為三個，修正了原模型中虛部失真問題，并通過構建土壤強、弱結合水比例函數和弱結合水-自由水轉換函數，計算出強、弱結合水比例和結合水-自由水轉換量，模擬了土壤復介電常數隨溫度的動態變化。改進后的模型保留了原模型簡潔的數學表達形式，并能夠精確模擬土壤復介電常數和溫度間的“競爭機制”。這提升了模型在復雜土壤環境中的適用性和精度。
上述成果分別以A Soil Semi-Empirical Dielectric Model Based on the Dielectric Variation Characteristics of an Electrical Double-Layer Solution和An Improved Four-Parameter Soil Complex Dielectric Mixing Model in Microwave Remote Sensing為題，發表在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上。
論文鏈接：1、2
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