土壤含水量是指单位体积或者单位质量土壤中水分含量，主要受降水、植被、地形、气候及人为干扰等过程的影响。土壤含水量的长期定位监测是森林生态系统研究的重要内容之一，对研究森林水分循环过程、评估森林生态系统水源涵养功能及土壤含水量对森林生态系统的影响等方面发挥着重要作用。
森林生态系统中植物根系和土壤理化性质在剖面中存在高度异质性，从而导致土壤水分入渗格局或模式表现出极大的变异。以往采用烘干法和中子仪法等小尺度的土壤含水量监测方法缺乏空间代表性，难以得到土壤含水量在区域分布上的信息。为此，哀牢山生态站安装了宇宙射线中尺度区域土壤水分测量系统。
它利用自然界无处不在的宇宙射线来探测土攘水分，它特别设计野外应用，功挺极低，适合太阳能蓄电池供电。 中子探测器选用目前国际上新型高效环保探测器，使用寿命长，功耗低， 是今后移动便携式宇宙射线区域土壤水分观测系统必选用的探测器。 该探头设计脉冲信号通用标准输出，可以连接国内外任何通用数据采集器。 这对各试验台站非常实用， 因为所有台站基本上都有现成安装好的观测支架及太阳能蓄电池和数采系统， 只要把该宇宙射线区域上攘水分探头（CPR100）安装在支架上，连上已有的供电系统和数采，即可进行长期观测。
技术原理
环境中的宇宙射线粒子与原子核碰撞生成高能中子，这些高能中子在穿过空气与土壤时，与介质中的原子核尤其是与其本身质量相当的氢原子（质子）发生弹性碰撞而改变方向，并失去部分能量，逐渐慢化为快中子；快中子持续与氢原子（质子）发生弹性碰撞，慢化为慢中子，直至转化为热能。
但是，并非所有的快速中子被慢化为慢中子，部分快中子逃逸到地表并迅速达到平衡，其中子数目受表层土壤湿度显著影响。通过探测地表附近的快中子数，通过计算得出大面积的土壤平均含水量。由于高能中子和快速中子与氢原子（主要是水中的氢原子、有机物等的氢原子）碰撞过程中能量损失最大，因此，碰撞后逃逸达到地表的快中子数目与土壤含水量关系密切，而对土壤化学性质不敏感，因此，该技术能最大限度满足土壤含水量的区域尺度测试需要。作为此过程中产生的慢中子，可用于测量地表积雪深度。
宇宙射线中尺度区域土攘水分探头加配数采、太阳能供电系统和支架即可成为一套完整的宇宙射线中尺度区域 土壤水分观测系统，当然，还可以增加大气压、湿度和温度传感器、GSM或依星无钱网络传输模块等，也可增加降雨量、 TDR土壤含水量等传感器。
宇宙射线中尺度区域土壤水分探头输出脉冲为标准通用型，可以和任何国内外通用数据采集器连接测量，而美探头输出接口不通用，必须与它配套的数采系统使用。 且使用成本高的新型高效环保中子探测器的宇宙射线中尺度 区域土壤水分观测系统售价比使用成本低的三氟化棚中子探测器的美国CRS-1000/B区域土壤水分观测系统售价还低不少。
宇宙射线中尺度区域土壤水分观测系统是基于近地面环境宇宙射线中的快中子强度与土壤含水量成比例关系而设计的区域土壤水分观测系统，通过测量近地面环境宇宙射线中的快中子强度来确定土壤含水量，通过非插入式，非接触式测量，具有空间尺度覆盖大，对土壤盐度、 密度、 质地和表面粗糙度不敏感，极小的电力需要，可太阳能驱动，可野外连续自动测定或便携测量大面积的土壤水分含量。 同时也是反演土壤含水量的有效验证手段，以及与涡动相关分析系统进行地面数据校正的重要工具。
系统特点
1.安装方便，坚固耐用，操作简单，无需专业人员，适于野外长时问连续自动测量。无辐射、 非接触、 不破坏土壤；
2.几乎不受土壤质地、密度、 盐分等理化性质影响；
3.测量范围极大可达700米（40公顷） ，测盘深度可达70厘米；
4.中子探测器采用新型高效环保探测器，使用寿命长，工作也压低；
5.探头输出标准数字脉冲，可以连接任何国内外通用数据采集器；
6.加配慢中子测量探头可用于测量雪深；
7.遥感反演土壤含水量提供匹配像元尺度的地面验证。
系统组成
CRP1OO宇宙射线中尺度区域土壤水分探头主要由中子探测器和相应的电路系统组成，探头整体为圆柱形结构，密封防水。 加配数采，太阳能供电系统和支架等 即可成为一套完整的宇宙射线中尺度区域土壤水分观测系统CRS100（COSMOS）。”
系统技术参数
1、系统供电:10-16VDC；探头供电:9-16VDC;
2、系统功耗:20mA@12V；探头功耗:5mA@12V；
3、采集间隔:1min-1year可选；
4、数据存储:数据采集器4M存储空间；数据接口:RS232；
5、测量范围:极大测量范围700米，极大测量深度70厘米。
6、水分测量范围:0-饱和；不确定性:0-4%。
应用领域
主要应用在土壤水分测量、干旱监测、农业灌溉指导、坡面稳定性分析、山洪预报、供水管理、数值预报、气候模型等。此外，可以安装在移动平台上用来绘制大范围的土壤墒情图。
宇宙射线中尺度区域土壤水分测量系统是一种被动、非侵入式的中尺度土壤水分测量系统，其测量半径在300 m左右，有效测量深度为70 cm左右。该监测系统根据快中子强度与土壤水分含量呈反比关系的原理，通过架设在地表上方的中子探头测量宇宙射线快中子的强度来反演地表土壤水分含量。宇宙射线土壤水分数据集主要包括快中子原始数据、气压原始数据和空气温湿度数据，采样频率为1小时/次。仪器安装之后，通过多个方向，多点位取土样，用烘干法计算出来的质量含水量数值对仪器进行校正。