东北黑土区是我国粮食安全的“压舱石”和“稳压器”。黑土层厚度是评价该区域土壤质量与粮食生产力的关键指标。探地雷达（GPR）作为一种土体深部探测技术，可有效弥补卫星遥感与无人机探测深度不足、传统剖面法破坏性强且效率低的局限性，在土壤层次调查方面展现出巨大应用潜力。然而受自然土壤异质性与复杂性影响，当前GPR技术仍面临着信噪分离难、层次识别难度大、波速估算精度低等瓶颈，尚难满足实际黑土层厚度监测需求。

针对上述问题，中国科学院东北地理所土壤资源与利用学科组科研人员提出了一种基于变分模态分解（VMD）与振幅包络平均值（AEA）相结合的GPR信号处理方法（VMD-AEA）。该方法创新性地通过中心频率与瞬时频率标准差双准则自动筛选VMD分解出IMF分量降低GPR信号的噪声干扰，再利用希尔伯特变换提取去噪信号的瞬时频率，最后通过峰值检测捕捉瞬时频率的最大值，实现黑土层分界面的自动定位；通过AEA法构建黑土层介电常数模型，反演测线方向的介电常数，从而获取电磁波波速，最终实现黑土层厚度的自动获取(图1)。

在赵光农场典型坡耕地野外探测中，该方法自动定位的黑土层分界面时域位置与钢管标记的位置高度吻合；基于AEA值构建的介电常数模型可连续准确获取介电常数；对比实测剖面，黑土层厚度探测结果相对误差在10%以内，绝对误差小于5 cm(图2)，可满足野外监测需求，展现出了良好的应用潜力，为农田尺度黑土层监测提供了新思路。

图1 VMD-AEA法信号处理流程

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图2典型坡耕地黑土层厚度探测结果

研究成果近期发表在国际土壤科学领域重要期刊Soil & Tillage Research（1区top，IF = 6.8），由东北地理所陆海鹏硕士生（第一作者）、朱向明高级工程师（通讯作者）等人共同完成。研究得到国家重点研发计划（2021YFD1500102）、中国科学院战略性先导科技专项（XDA28010401）、中国科学院国际伙伴计划（131323KYSB20210004）等项目联合资助。

论文信息如下：Haipeng Lu, Xiangming Zhu*, Wenjuan Zheng, Bin Zhang, Tianhao Wang, Yu Zhang, Meiling Fu, Enhua Ran. Mapping mollic epipedon thickness via ground-penetrating radar based on the combined method of Variational Mode Decomposition and Average Envelope Amplitude[J]. Soil and Tillage Research, 2026, 261: 107160. https://doi.org/10.1016/j.still.2026.107160