土壤水是陆地水文循环中重要的状态参量，针对其时空变异性大、影响因素复杂且尺度效应强的难题，结合野外观测、数值模拟和大数据分析等方法，系统研究了土壤水在从田间到区域尺度上时空变化规律及其控制因素。
（1）理解区域尺度土壤水时空变化特征，是研究陆地水碳循环、气候系统演变等的重要前提。通过分析中国、美国等不同地区土壤水数据，发现研究区内局部环境因子（土壤性质、高程等）对土壤水时空变异起到了决定性作用，而非目前一般认为的大气条件，这对估测大尺度土壤水分布、气候和陆面过程模型初始化等具有重要参考价值。
（2）针对大部分地区缺少土壤水观测时间序列的难题，引申地学统计模型中“深度函数”定义土壤水“临界事件”，以达到最大化利用土壤水时间序列中信息的目的。研究结果表明该方法的应用可以极大降低模型验证、野外采样等对土壤水观测频率的要求，这对量化长时间序列土壤水动态变化及其预测具有积极意义。
（3）遥感方法观测土壤水存在穿透土壤深度浅的问题，为此一般结合土壤水遥感产品和指数滤波器的方法来估算根系层土壤水含量。针对该方法存在参数取值难的问题，系统研究了不同气候条件下指数滤波器的应用条件，研究发现指数滤波器参数值与大气降水、土壤质地等因素具有显著关系，这为进一步提高土壤水卫星遥感产品精度提供了重要的观测依据。
代表性成果列表：
(1) Di, C., Wang, T., Istanbulluoglu, E., Jayawardena, A. W., Li, S., & Chen, X. (2019). Deterministic chaotic dynamics in soil moisture across Nebraska. Journal of Hydrology, 578, 124048.
(2) Wang, T., Singh, S. K., & Bárdossy, A. (2019). On the use of the critical event concept for quantifying soil moisture dynamics. Geoderma, 335, 27-34.
(3) Wang, T., Franz, T. E., You, J., Shulski, M. D., & Ray, C. (2017). Evaluating controls of soil properties and climatic conditions on the use of an exponential filter for converting near surface to root zone soil moisture contents. Journal of Hydrology, 548, 683-696.
(4) Wang, T., Franz, T. E., Li, R., You, J., Shulski, M. D., & Ray, C. (2017). Evaluating climate and soil effects on regional soil moisture spatial variability using EOF s. Water Resources Research, 53(5), 4022-4035.
