ويرد بروتوكول لتصميم وبناء خزان التربة ربطه إلى مناخ تسيطر نفق الرياح الصغيرة لدراسة الآثار المترتبة على التأثيرات الجوية على التبخر. والمجهزة على حد سواء خزان التربة ونفق الرياح مع تكنولوجيات الاستشعار لاستمرار قياس الموقع من الظروف البيئية في.
مقالة منهجية
استكشاف تأثيرات الغلاف الجوي التأثيرات على التبخر: تجربة دمج طبقة الغلاف الجوي الحدود وتحت السطحية الضحلة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يتأثر التبخر
بشكل مباشر بالتفاعلات بين الغلاف الجوي وسطح الأرض وباطن التربة. يهدف هذا العمل إلى دراسة التبخر تجريبيا في ظل ظروف حدودية سطحية مختلفة لتحسين فهمنا الحالي وتوصيفنا لهذه الظاهرة متعددة المراحل بالإضافة إلى التحقق من صحة نظريات الحرارة ونقل الكتلة العددية التي تجمع بين تدفق Navier-Stokes في الغلاف الجوي وتدفق Darcian في الوسط المسامي. تم جمع البيانات التجريبية باستخدام جهاز خزان تربة فريد من نوعه مرتبط بنفق رياح صغير يتم التحكم فيه بالمناخ. تم تجهيز الجهاز التجريبي بمجموعة من أحدث تقنيات الاستشعار للجمع المستمر والمستقل لرطوبة التربة ، والخصائص الحرارية للتربة ، ودرجة حرارة التربة والهواء ، والرطوبة النسبية ، وسرعة الرياح. يمكن استخدام هذا الجهاز التجريبي لتوليد البيانات في ظل ظروف حدودية خاضعة للرقابة الجيدة ، مما يسمح بمراقبة وجمع بيانات دقيقة بشكل أفضل على نطاقات ذات أهمية غير مجدية في هذا المجال. أدى تدفق الهواء المستحث بعدة سرعات رياح مميزة فوق سطح التربة إلى سلوك فريد لنقل الحرارة والكتلة خلال مراحل التبخر المختلفة.
المقدمة
فهم التفاعل بين الأرض والغلاف الجوي أهمية قصوى في فهمنا لكثير من المشاكل العالمية الراهنة مثل تسرب ثاني أكسيد الكربون جيولوجيا-المعزول في التربة، وتغير المناخ والمياه والإمدادات الغذائية، وكشف دقيق للألغام الأرضية، ومعالجة المياه الجوفية والتربة. بالإضافة إلى ذلك، التبادلات الأولية للحرارة والماء التي تدفع الظروف الجوية العالمية والإقليمية تحدث على سطح الأرض. العديد من الظواهر الجوية والمناخية (مثل الأعاصير، شركة ني & # 241؛ س، والجفاف، وما إلى ذلك) هي التي تحرك أساسا من العمليات المرتبطة التفاعلات سطح الغلاف الجوي البرية 1. وبما أن أكثر من نصف سطح الأرض على الأرض القاحلة أو شبه القاحلة 2-4، واصفا بدقة دورة المياه في هذه المناطق على أساس من الحرارة والماء التبادل بين الهواء في الغلاف الجوي وسطح التربة أمر بالغ الأهمية لتحسين فهمنا لل القضايا المذكورة آنفا،لا سيما في المناطق المعرضة للجفاف الممتد والتصحر. ومع ذلك، على الرغم من عقود من البحث، لا تزال هناك العديد من الثغرات المعرفية في الفهم الحالي لكيفية باطن الأرض الضحلة والغلاف الجوي تتفاعل 5.
عمليات النقل التي تنطوي على الماء السائل، وبخار الماء، والحرارة في التربة الحيوية ومقترنة بقوة فيما يتعلق التفاعل مع التربة وتطبق شروط الحدود (أي، درجة الحرارة، الرطوبة النسبية، والإشعاع الحراري). نماذج انتقال الحرارة والكتلة العددية عادة الإفراط أو نغفل عددا من هذه التعقيدات ويرجع ذلك جزئيا إلى عدم وجود اختبار وصقل النظريات القائمة الناتجة عن ندرة البيانات عالية الدقة الزمنية والمكانية. قواعد البيانات المتقدمة من أجل التحقق من نموذج تفتقر في كثير من الأحيان المعلومات في الغلاف الجوي أو تحت سطح الأرض الحاسمة لاختبار النظريات بشكل صحيح، مما أدى إلى النماذج العددية التي لا تمثل بشكل صحيح للاستيرادتعتمد عمليات النمل أو على استخدام المعلمات غير مفهومة التي يتم تعديلها أو تركيبها في النموذج. ويستخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع نظرا لبساطته وسهولة الاستخدام، ولها في بعض الطلبات التي تعرض الكثير من الجدارة. ومع ذلك، فإن هذا النهج يمكن تحسينها من خلال فهم أفضل للفيزياء وراء هذه "البارامترات جمعها" عن طريق إجراء التجارب تسيطر عليها بشكل جيد في ظل ظروف عابرة قادرة على اختبار الحرارة ونقل المياه نظرية 6.
التجريب الدقيق في المختبر يسمح مجموعات البيانات الدقيقة لأن تتولد التي يمكن بعد ذلك أن تستخدم للتحقق من صحة النماذج العددية. البيانات المتاحة من المواقع الميدانية وغالبا ما تكون ناقصة ومكلفة للحصول على، ودرجة الرقابة اللازمة للحصول على فهم أساسي للعمليات وتوليد ويمكن اعتبار البيانات اللازمة للتحقق نموذج غير كافية في بعض الحالات. التجارب المختبرية من الظواهر الطبيعية مثل تبخر التربة يسمح ATMOSشروط pheric (أي درجة الحرارة والرطوبة النسبية وسرعة الرياح) وظروف التربة (أي نوع التربة، المسامية، والتعبئة التكوين) أن يكون للرقابة بعناية. العديد من التقنيات المخبرية المستخدمة لدراسة تبخر التربة وخصائص التربة الحرارية والهيدروليكية تستخدم أخذ العينات المدمرة 10/07. تتطلب أساليب أخذ العينات المدمرة التي يتم تفكيك عينة التربة للحصول على بيانات نقطة، ومنع قياس سلوك عابر وتعطيل الخواص الفيزيائية للتربة. هذا النهج يقدم الخطأ وعدم اليقين إلى البيانات. قياسات تدميري، مثل الطريقة المعروضة هنا، والسماح لتحديد أكثر دقة ودراسة الترابط بين خصائص التربة والعمليات 11.
الهدف من هذا العمل هو تطوير جهاز دبابات التربة والبروتوكول المرتبطة لتوليد بيانات عالية الدقة المكانية والزمانية المتعلقة آثار التغيرات في الغلاف الجوي والظروف الموجودة تحت سطح الأرض علىتبخر التربة العارية. لهذا العمل، وربطه نفق الرياح الصغيرة قادرة على الحفاظ على سرعة الرياح ودرجة الحرارة ثابتة مع جهاز دبابات التربة. والمجهزة نفق الرياح وخزان التربة مع مجموعة من حالة تكنولوجيات الاستشعار الفن لجمع البيانات مستقل ومستمر. يتم قياس سرعة الرياح باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ نظام Pitot ثابت أنبوب تعلق على محول الضغط. ويتم رصد درجة الحرارة والرطوبة النسبية في الجو باستخدام نوعين من أجهزة الاستشعار. يتم مراقبة الرطوبة النسبية ودرجة الحرارة أيضا على سطح التربة. أجهزة الاستشعار في رطوبة التربة تحت السطحية مقياس ودرجة الحرارة. وتستخدم قياسات وزن الجهاز دبابة لتحديد التبخر من خلال توازن الكتلة المائية. للتدليل على تطبيق هذا الجهاز التجريبي والبروتوكول، ونحن تقديم مثال التبخر التربة عارية في ظل ظروف مختلفة سرعة الرياح. خزان التربة، ومعبأة بشكل متجانس مع الرمال تتميز بشكل جيد، وكان في البداية سا تماماturated وسمح لتتبخر بحرية تحت الظروف الجوية التي تسيطر عليها بعناية (أي درجة الحرارة وسرعة الرياح).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
ملاحظة: يتم إجراء الفحوص المخبرية باستخدام مقاعد البدلاء ثنائي الأبعاد للدبابات على نطاق وربطه مع المناخ تسيطر جهاز نفق الرياح. والمجهزة على حد سواء للدبابات على نطاق ومقاعد البدلاء، ونفق الرياح مع تكنولوجيات الاستشعار المختلفة. فإن بروتوكول التالية أولا مناقشة أعمال البناء والتجهيز للدبابات التربة، تليها مناقشة نفق الرياح والأجهزة على حد سواء. أبعاد الخزان، أبعاد نفق الرياح، وعدد من أجهزة الاستشعار، ونوع تكنولوجيا الاستشعار عرض يمكن تعديلها لتناسب احتياجات محددة انشاء التجريبية. تم استخدام بروتوكول المعروضة أدناه لدراسة تجريبيا آثار سرعة الرياح على تبخر التربة العارية.
1. بناء وإعداد الأوساط المسامية دبابات التربة
- قطع قطعة كبيرة من 1.2 سم زجاج الاكريليك سميكة إلى خمسة أجزاء الفردية. تجميع هذه الأجزاء إلى خزان التربة ذات السقف المفتوح مع الداخلية الطول والعرض والارتفاع من 25، 9.1 و 55 سم، والتركيبectively. يسمح زجاج الاكريليك العمليات في باطن الأرض التي يتعين مراعاتها بصريا.
- رسم 5 × 5 الشبكة التي هي 25 سم في 25 سم في كل من اثنين من الألواح الزجاجية الكبيرة (طول 25 سم والارتفاع 55 سم) كما هو مبين في الشكل 1. تأكد من أن كل مربع داخل الشبكة تبلغ مساحتها 25 سم 2 (الشكل 1). وسوف تستخدم الشبكة لصحيح الفضاء أجهزة الاستشعار داخل خزان التربة.
الشكل 1: الجبهة تخطيطي والجانب آراء خزان التربة المستخدمة في انشاء التجريبية (أبعاد هي في سم) (أ) المشهد الأمامي للدبابات التربة عرض نظام الشبكة التي تتكون من خمسة وعشرين 5 سم × 5 سم. الساحات. (ب) وجهة النظر جانب خزان التربة، والتي تبين درجة الحرارة المثبتة، والرطوبة النسبية وشبكة استشعار رطوبة التربة باعتبارها وظائفهانشوئها من العمق. لاحظ أن الخطط لم يتم رسمها على نطاق كبير.
- على واحدة من طائرات الزجاجية الكبيرة، حفر ما مجموعه خمسة وعشرين 1.9 سم (¾ بوصة) ثقوب قطرها لأجهزة الاستشعار رطوبة التربة.
- حفر كل حفرة في وسط كل مربع في الشبكة التي أنشئت في الخطوة 1.2 بحيث مراكز الثقوب من ساحتين المتاخمة هي 5 سم بعيدا. أول مجموعة من الثقوب هو 2.5 سم تحت الجزء العلوي من الخزان. استخدام صنابير بحجم مناسب لخفض المواضيع في كل من الثقوب التي أنشئت حديثا. التباعد 5 سم بين أجهزة الاستشعار يضمن أن كل أجهزة الاستشعار خارج من حجم عينة من أقرب استشعار المقبل.
- وبالمثل، حفر والاستفادة من ما مجموعه خمسة وعشرين 0.635 سم (¼ بوصة) ثقوب قطرها في وسط كل مربع الشبكة التي تم إنشاؤها أثناء الخطوة 1.2. تأكد من أن وسط كل حفرة ومتباعدة 5 سم بعيدا مع الصف الأول من الثقوب الموجودة 2.5 سم تحت الجزء العلوي من الخزان التربة. التباعد 5 سم بين أجهزة الاستشعار يضمن أن كل لياليإنسور هو خارج من حجم عينة من أقرب استشعار المقبل.
- في الجزء الاكريليك تستخدم في قاع الخزان، حفر والاستفادة حفرة قطرها واحدة ½ بوصة في منتصف الجزء. الغراء شاشة شبكة (أدق من التربة اختبار لاستخدامها) عبر الفتحة الموجودة على الجانب الداخلي من الزجاج. على الجانب الخارجي للطائرة القاع، وتثبيت 90 درجة الكوع التي يتم تركيبها على أنابيب مرنة مع صمام قابل للتعديل. يستخدم هذا الصمام وأنابيب لتصريف المياه من الخزان عند انتهاء التجربة أو كوسيلة لتثبيت الأجهزة رئيس المستمرة للحفاظ على أعماق المياه الجوفية ثابتة.
- استخدام الغراء الصف البحرية أو الماء مماثل البوليمر لاصقة مقاومة للأن نعلق وختم خزان معا كما هو مبين في الشكل 1. السماح لاصقة لعلاج لمدة يوم واحد.
- لرفع خزان الخروج من الأرض، وإفساح المجال لل90 درجة الكوع (الشكل 1)، ونعلق قطعتين إضافية من زجاج الاكريليك 1.2 سم سميكة مع lengtح 12 سم والارتفاع 5 سم إلى أسفل الخزان.
2. بناء وإعداد المناخ التحكم نفق الرياح
- بناء جزء المنبع 215 سنتيمترا من نفق الريح من مستطيلة المواد الأنابيب الصلب المجلفن لديها عرض 8.5 سم وارتفاعه 26 سم. تحيط خارج القناة مع عزل البوليسترين.
- حفر ثقب صغير في جانب من عمل القناة بالقرب من الخروج المصب من الجزء النظري من نفق الرياح لادراج استشعار الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة (الشكل 2).
الشكل 2: استكمال انشاء التجريبية، بما في ذلك دبابات، مجاري الهواء، وأجهزة الاستشعار شبكة (أبعاد هي في سم) مجموعة كاملة تجريبي يتكون من نفق الرياح والتربة للدبابات الأجهزة مجتمعة. نفق الرياحمرتفعة ويجلس مطاردة مع سطح الخزان التربة. والمجهزة للدبابات التربة مع شبكة من أجهزة الاستشعار المستخدمة لقياس مجموعة متنوعة من باطن الأرض والمتغيرات في الغلاف الجوي. الدوائر الشبكة تمثل مواقع لإدراج هذه المجسات. وتستخدم نظام التحكم في التدفئة ومروحة لاصق في خط للسيطرة على درجة الحرارة وسرعة الرياح، على التوالي. يتم استخدام أنبوب نظام Pitot ثابت لقياس سرعة الرياح. جهاز كامل يجلس على نطاق والترجيح للحصول على التوازن الشامل خلال التجريب. لاحظ أن التخطيطي لا تعادل على نطاق كبير.
- تثبيت خمسة عناصر التسخين بالأشعة تحت الحمراء السيراميك المتمركزة في موازاة داخل عاكس على طول الجزء النظري من نفق الرياح. ربط عناصر التسخين بالأشعة تحت الحمراء لنظام التحكم في درجة الحرارة التي ينظمها جهاز استشعار درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء.
- بناء القسم الاوسط من نفق الرياح من كل اثنين من 1.2 سم لوحات الاكريليك سميكة بطول وارتفاع 25 سم و 26 سم على التوالي.بحفر بئرين 0.635 سم (¼ بوصة) ثقوب قطرها في واحدة من لوحات منتصف القسم لادخال درجة الحرارة و / أو أجهزة استشعار الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة في المواقع هو مبين في الشكل (2).
- تأمين لوحات الاكريليك على الجزء العلوي من الجدران الجانبية خزان التربة (أي، لوحات ذات أبعاد 25 سم × 55 سم) باستخدام شريط لاصق قوي، وضمان أن نفق الرياح والألواح خزان التربة جلوس مطاردة مع بعضها البعض.
- بناء سم ال 50 الأولى من الجزء المصب من نفق الريح من نفس الحجم المواد الأنابيب مستطيلة هو موضح في الخطوة 2.1. على الجانب تنتهي، والحد من المواد الأنابيب مستطيلة لاصق جولة 15.3 سم القطر بطول 170 سم. تثبيت المثبط الصلب المجلفن، وتستخدم لضبط سرعة الرياح، في نهاية المصب بكثير من القناة جولة للحصول على مساعدات في التحكم في سرعة الرياح.
- كما في الخطوة 2.2، حفر واحدة 0.635 سم حفرة قطرها في جانب قناة مستطيلة المصب بالقرب من مدخل لادراج استشعار الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة. حفر الثاني 0.635 سم حفرة قطرها من الجزء العلوي من القناة مستطيل على طول محور من نفق الرياح.
- تثبيت مروحة القناة في خط في منتصف القناة المستديرة (أي 85 سم المصب من الحد هو موضح في الخطوة 2.4) الموجهة لطرد الهواء من الجزء المصب من نفق الرياح. واجهة المروحة مع وحدة تحكم متغيرة السرعة للتحكم أكثر دقة من تردد التناوب ونتيجة لسرعة الرياح نتيجة.
- استخدام المواد weldment وحدات رفوف قابلة للتعديل لرفع وتأمين جهاز نفق الرياح. تأكد من أن الجزء السفلي من مجاري الهواء المنبع والمصب هي مطاردة مع الجزء العلوي من الخزان التربة (الشكل 2).
3. تركيب مجسات
- قبل التثبيت داخل خزان التربة، وتأمين كل رطوبة التربة واستشعار درجة الحرارة داخل السكن معاهدة حظر الانتشار النووي الخيوط (1.9 سم و0.635 سم العلب، على التوالي) وحد ذاتهاآل مع وامض تسرب لمنع تسرب الرطوبة. لا تستخدم منتجات تسرب سيليكون على أساس أنها يمكن أن تتداخل مع الالكترونيات داخل بعض أجهزة الاستشعار. علاج أجهزة الاستشعار لمدة أسبوع تقريبا.
- قبل التثبيت في خزان التربة، ومعايرة أجهزة استشعار رطوبة التربة وفقا لخلط α طريقة اثنين نقطة التي وضعتها سكاكى وآخرون. 12.
- التفاف المواضيع من كل المساكن معاهدة حظر الانتشار النووي مع الشريط السباكين قبل التثبيت في خزان للمساعدة في توفير ختم أفضل بين خيوط معاهدة حظر الانتشار النووي وزجاج الاكريليك.
- تثبيت ما مجموعه 25 رطوبة التربة ودرجة الحرارة أجهزة الاستشعار كل أفقيا من خلال جدران الخزان في المواقع التي تمت مناقشتها في الخطوة 1.2. تحريف الكابلات استشعار متزامنا مع NPT المناسب / السكن حتى لا تضر التمديدات الداخلية داخل الكابلات. لا الإفراط في عزم NPTs وذلك لمنع الزجاج من التصدع. ربط أجهزة الاستشعار رطوبة التربة وأجهزة استشعار درجة الحرارة إلى البيانات المحددة لهاقطع الاشجار.
- تثبيت 3 أجهزة استشعار الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة على سطح التربة على مسافات 2.5، 12.5 و 21.5 سم من الحافة الأمامية للدبابات. وضع أجهزة استشعار على اتصال جيد مع سطح التربة بحيث قراءات الرطوبة النسبية تعكس الظروف على سطح التربة بدلا من الهواء المحيط. ربط أجهزة الاستشعار لقطع الاشجار البيانات.
- للحصول على درجة حرارة الهواء المطلوبة وقياسات الرطوبة النسبية في الجو، تثبيت أجهزة استشعار الرطوبة النسبية ودرجات الحرارة في قسم التدفق الحر للنفق الرياح، وذلك باستخدام الثقوب المحفورة من خلال الأقسام المنبع والمصب من نفق الرياح وكذلك لوحات.
- تثبيت أنبوب نظام Pitot ثابت المصب مباشرة من الخزان التربة من خلال 0.635 سم حفر حفرة في الجزء العلوي من المصب قسم نفق الرياح. عقد أنبوب نظام Pitot ثابت على ارتفاع 13 سم من الأرض من هذا الباب. توصيل أنبوب نظام Pitot ثابت إلى محول الضغط التفاضلي.
- Calibratالبريد محول الضغط التفاضلي. التدابير أنبوب نظام Pitot ثابت الضغط الديناميكي الذي يعرف بأنه الفرق من الركود والضغوط ثابتة. يتم تفسير الفرق ضغط من قبل محول الضغط كما فارق الجهد.
- قياس الجهد تحت أي ظروف تدفق (يجب أن يكون الجهد يساوي تقريبا 0) وتدفق الضغط الديناميكي معروفا؛ وهذا يسمح وجود علاقة خطية التي ستنشأ بين الضغط الديناميكي والجهد. تحديد سرعة الرياح من خلال تطبيق معادلة برنولي:
(1)
حيث V (م / ث) هو سرعة الرياح، P ديناميكية (باسكال) هو الضغط الديناميكي، وρ (كجم / م 3) هو كثافة الهواء. - مقارنة سرعة حسابها باستخدام المعادلة (1) مع جهاز قياس آخر. هنا، مقارنة أنبوب الفرق هيئة تنظيم الاتصالات ضغط نظام Pitot ثابتnsducer مع الليزر دوبلر Velocimetry (LDV) القياسات التي لديها دقة ± 0.01 متر / ثانية.
ملاحظة: ملخص من أجهزة الاستشعار المستخدمة والترددات أخذ العينات المرتبطة بها يمكن العثور عليها في الجدول رقم 1 للمواصفات أجهزة الاستشعار وغيرها من المعلومات، يرجى الرجوع إلى المواد المرفقة / قائمة المعدات.
- قياس الجهد تحت أي ظروف تدفق (يجب أن يكون الجهد يساوي تقريبا 0) وتدفق الضغط الديناميكي معروفا؛ وهذا يسمح وجود علاقة خطية التي ستنشأ بين الضغط الديناميكي والجهد. تحديد سرعة الرياح من خلال تطبيق معادلة برنولي:
| الاستشعار | أجهزة الاستشعار قياسات | عدد من أجهزة الاستشعار العاملين في جهاز التجريبي | استشعار أخذ العينات التردد (دقيقة) |
| EC-5 | رطوبة التربة | 25 | 10 |
| ECT | التربة / درجة حرارة الهواء | 25 | 10 |
| SH-1 | الخصائص الحرارية | 1 | 10 |
| EHT | الرطوبة النسبية / درجة الحرارة | 5 | 10 |
| كاميرا الأشعة تحت الحمراء | درجة حرارة سطح / التبخر | 1 | 1 |
| كاميرا رقمية | تصور تجفيف الجبهة | 1 | 60 |
| نظام Pitot أنبوب ثابت | سرعة الرياح | 1 | 10 |
| مقياس الترجيح | التراكمي التبخر / معدل التبخر | 1 | 10 |
الجدول 1: ملخص لأجهزة الاستشعار المستخدمة في الجزء التجريبي من الدراسة.
4. حزمة التربة دبابات والتحضير لبدء التجربة
- قبل التعبئة الخزان مع التربة واختبار سلامتها عن طريق إجراء اختبار تسرب. ملء الخزان بالماء والانتظار لمدة 4-6 ساعة لضمان عدم تسرب في هيكل أو أجهزة الاستشعار وضعت.
- إذا ظهرت تسريبات، واستنزاف الخزان، اتركها تجف بين عشية وضحاها وإصلاح التسربات باستخدام نفس مarine اللاصقة المستخدمة أثناء البناء الأصلي. إذا ظهرت أي تسرب، واستنزاف الخزان التربة وإعداد للخطوات أدناه.
- تحديد الحجم الإجمالي للدبابات مع أجهزة الاستشعار في المكان. ملء بعناية الخزان بالماء باستخدام الاسطوانة، والتأكد من أن تسجل كمية المياه المضافة. تحويل الحجم الإجمالي المسجل لسم مكعب للاستخدام في الخطوة 4.5.
- الحصول على التربة الجافة لحزمة خزان التربة. تميز الخصائص الهيدروليكية والحرارية للتربة المختارة على حدة وفقا للأساليب التي تمت مناقشتها في سميتس وآخرون 11
- بعناية الرطب حزمة خزان التربة باستخدام التربة والماء منزوع الأيونات.
- الرطب حزمة خزان التربة، صب أول ما يقرب من 5 سم من الماء في الخزان. إضافة ببطء التربة الجافة إلى الماء في الخزان، وذلك باستخدام مغرفة، في 2.5 سم الزيادات العمق. تسجيل وزن الرمل وأضاف خلال كل رفع حيث يمكن حساب مسامية التربة والتعبئة والتغليف.
- عند الانتهاءمن كل طبقة، اضغط بشكل متكرر على جدران الخزان باستخدام مطرقة مطاطية، 100-200 مرات، للحصول على الكثافة الظاهرية موحدة في جميع أنحاء. في حين التنصت، وتجنب الاتصال مع أجهزة الاستشعار وأسلاك أجهزة الاستشعار. يجب تجنب استخدام أجهزة اهتزازي حتى لا تتلف شبكة من أجهزة الاستشعار الحساسة.
- عند الانتهاء من تعبئة الخزان، خلاصة القول معا أوزان كل طبقة التربة (انظر الخطوة 4.4) للحصول على مجموع كتلة من التربة. تقسيم مجموع كتلة من الكثافة الظاهرية للتربة (مثل كثافة الجزء الأكبر من رمل الكوارتز هو 2.65 جم / سم 3) لتحديد حجم الرمال (V ق، سم 3). حساب المسامية (η، م 3 / م 3) من التربة في خزان فقا لما يلي:
(2)
حيث (V T، م 3) هو الحجم الكلي للخزان فارغ تحديدها في الخطوة 4.2. <لى> مرة واحدة معبأة الخزان بالكامل، ووضع غطاء من البلاستيك مثل التفاف ساران فوق الخزان حتى التجربة على استعداد للبدء في منع حدوث التبخر. - وضع الخزان على نطاق الترجيح لمراقبة فقدان المياه المتراكمة والتي يمكن بدورها أن تستخدم لحساب معدل التبخر.
- حساب معدل التبخر ساعة عن طريق قسمة الوزن ساعة من قبل المنتج من كثافة الماء ومساحة المقطع العرضي لسطح التبخر.
5. بدء التجربة والبدء في جمع البيانات
- مرة واحدة في مجموعة المتابعة اكتمال، وتحديد الظروف الجوية المطلوبة (أي درجة الحرارة وسرعة الرياح). تأكد من أن قطع الاشجار البيانات ونظم جمع البيانات الأخرى في وضع التشغيل وتعيين لفترات أخذ العينات الصحيحة (على سبيل المثال، كل 10 دقيقة).
- بدء تشغيل المروحة ونظام التحكم في درجة الحرارة. تسمح الظروف المناخية للتوازن قبل إزالة غطاء من البلاستيك على سطح الصورةخزان الزيت. تشغيل التجربة لمدة من الوقت المطلوب (على سبيل المثال، 15 يوما).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
وكان الهدف من التجربة المقدمة هنا إلى دراسة تأثير سرعة الرياح على التبخر من التربة العارية. وتتلخص خصائص رئيسية للتربة الاختبار المستخدمة في هذه الدراسة في الجدول 2. وأجريت سلسلة من التجارب التي طبقت الشروط الحدية المختلفة على سطح التربة (أي سرعة الرياح ودرجة الحرارة) (الجدول 3). على الرغم من أن أجريت أربع تجارب في سرعة الرياح ودرجات الحرارة المختلفة، والغالبية العظمى من النتائج التجريبية المعروضة هنا هي لسرعة الرياح 1.22 متر / ثانية. يظه...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
وكان الغرض من هذا البروتوكول إلى تطوير جهاز التجريبية والإجراءات المرتبطة بها لتوليد البيانات القرار المكانية والزمانية العالية المطلوبة لدراسة التفاعلات في الغلاف الجوي الأرض مع الاحترام للحرارة وعمليات نقل جماعية. الجهاز التجريبي وصفها يتكون من خزان التربة ونفق الرياح الصغيرة، وكلاهما تم تجهيزه بمجموعة من أجهزة الاستشعار لقياس التربة والغلاف الجوي المتغيرات ذات الصلة (مثل سرعة الرياح والرطوبة النسبية والتربة ودرجة حرارة الهواء ورطوبة التربة ). وفيما يلي بعض من المكونات ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
تعلن الكتاب أنه ليس لديهم المصالح المالية المتنافسة.
شكر وتقدير
وقد تم تمويل هذا البحث من قبل الجيش الاميركي جائزة مكتب ابحاث W911NF-04-1-0169، مركز البحوث والتطوير الهندسي (ERDC) والمؤسسة الوطنية للعلوم منحة EAR-1029069. بالإضافة إلى ذلك، وأيد هذا البحث من قبل برامج الصيف في المرحلة الجامعية بحوث منح من مدرسة كولورادو للمناجم. الكتاب أود أن أشكر ريان Tolene وبول شولت على مساهماتهم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مستشعر رطوبة التربة ECH2O EC-5 (25) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | 40593 | للحصول على التفاصيل ، قم بزيارة: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. تردد أخذ العينات على فترات 10 دقائق ، الدقة هي & 3٪ ، وجمع البيانات باستخدام مسجلات البيانات Em50 |
| ECT مستشعر درجة حرارة التربة / الهواء (19) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | 40651 | للحصول على المواصفات قم بزيارة http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. تردد أخذ العينات على فترات 10 دقائق ، الدقة & 0.5 ° C ، قياس ضمن درجة حرارة 5 و 40 ؛ ° C ، وجمع البيانات باستخدام مسجلات البيانات Em50 EHT |
| مستشعر الرطوبة النسبية ودرجة الحرارة (5) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | تردد أخذ العينات N / A | على فترات 10 دقائق ، الدقة & 3٪ بين 5٪ و 100٪ رطوبة نسبية ، وجمع البيانات باستخدام مسجلات البيانات Em50. لمزيد من المعلومات ، قم بزيارة decagon.com |
| Em50 Data Logger (10) | Decagon Devices Inc. Decagon.com | 40800 | للحصول على التفاصيل ، قم بزيارة http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. أجهزة ECH2O العشرية ، تسحب البيانات من مستشعرات ECT و EC-5 و EHT ، ويحتوي كل مسجل بيانات على 5 وصلات استشعار ومنفذ com يتصل من المسجل إلى USB إلى الكمبيوتر |
| Sartorius Weighing Scale (1) | Sartorius Corporation | 11209-95 | Sartorius Model 11209-95 ، النطاق = 65 ؛ كجم ، الدقة = ± ؛ 1 ز |
| سخان إشعاعي سيراميك بالأشعة تحت الحمراء (1) | Mor Electric Heating Assoc.، Inc. http://www.morelectricheating.com/ | FTE 500-240 | 5 سخانات مطلوبة ، اضبط للحصول على درجة حرارة المحيط / التدفق الحر |
| المناسبة 2104 نظام التحكم في درجة الحرارة (1) | يتحكم Chromalox | 2104 | السخانات
|
| منظم مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء (1) | يراقب Exergen Corporation | N / A | درجات حرارة |
| أنبوب ثابت من الفولاذ المقاوم للصدأ (1) | Dwyer Instruments، Inc. http://www.dwyer-inst.com/ | Series 160 | للحصول على التفاصيل قم بزيارة http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160. تردد أخذ عينات المستشعر كل 10 دقائق ، ويجب توصيله بمحول الضغط التفاضلي ومقياس شدة الريح ، وتحويل بيانات الضغط التي تم جمعها إلى سرعات فوز باستخدام معادلة برنولي. |
| 1/2 بوصة أكريليك (1) | كولورادو بلاستيك http://www.coloradoplastics.com/ | N / A | حرارة محددة من 1،464 ؛ J كجم < سوپ > -1 < / سوپ > ؛ K-1< / sup> ، الموصلية الحرارية 0.2 & nbsp ؛ ث & nbsp; m-1< / sup> K-1< / sup> ، وكثافة 1،150 ؛ كجم m-3< / sup> |
| مواد مجاري الهواء الفولاذية المجلفنة (1) | Home Depot | N / A | المواد المستخدمة في بناء نفق الرياح ، وتم استخدام كل من مجاري الهواء المستديرة والمستطيلة في البناء وتوصيلها باستخدام مجرى الهواء المخفض المربع إلى الدائري |
| وحدة تحكم متغيرة السرعة متصلة بمروحة مجاري الهواء في الخط (1) | Suncourt، Inc. http://www.suncourt.com/ | VS200 | 15.3 سم في القطر وضعت في خط مع قناة |
| مستديرةالمثبط الصلب المجلفن (1) | Home Depot | N / A | يستخدم للتحكم / تقليل السرعات في نفق الرياح لبيانات السرعة المنخفضة |
| Accusand # 30/40 (1) | Unimin Corporation http://www.unimin.com/ | N / A | هذا الرمل عبارة عن رمل سيليكا وهو 99.8٪ كوارتز ، ويصنف شكل الحبيبات على أنه مستدير ، ومعامل التوحيد حوالي 1.2 ، وكثافة الحبوب 2.66 & nbsp ؛ جم / سم < سوب>3 < / سوب>. |
المراجع
- Surface and Planetary Boundary Layer. Web. , Available from: http://www.esrl.noaa.gov/research/themes/pbl/ (2014).
- Verstraete, M. M., Schwartz, S. A. Desertification and global change. Vegetatio. 91, 3-13 (1991).
- Warren, A. Desertification. The Physical Geography of Africa. Adams, W. M., Goudie, A. S., Orme, A. R. , University Press. Oxford. 342-355 (1996).
- Katata, G., Nagai, H., Ueda, H., Agam, N., Berliner, P. R. Development of a land surface model including evaporation and adsorption processes in the soil for the land-air exchange in arid regions. J. Hydrometeorol. 8, 1307-1324 (2007).
- Davarzani, H., Smits, K. M., Tolene, R., Illangasekare, T. H. Study of the effect of wind speed on evaporation from soil through integrated modeling of atmospheric boundary layer and shallow subsurface. Water Resour. Res. 50, (2014).
- Heitman, J. L., Horton, R., Ren, T., Nassar, I. N., Davis, D. D. A test of coupled soil heat and water transfer prediction under transient boundary temperatures. Soil Sci. Soc. Am. J. 72 (5), 1197-1207 (2008).
- Gurr, C. G., Marshall, T. J., Hutton, J. T. Movement of water in soil due to a temperature gradient. Soil Sci. 74, 335-345 (1952).
- Nassar, I. N., Horton, R. Water transport in unsaturated non-isothermal salty soil: experimental results. Soil Sci. Soc. Am. J. 53, 1323-1363 (1989).
- Prunty, L., Horton, R. Steady-state Temperature Distribution in Nonisothermal unsaturated closed soil cells. Soil Sci. Soc. Am. J. 58, 1358-1363 (1994).
- Bachmann, J., Horton, R., Ren, T., van der Ploeg, R. R. Comparison of the thermal properties of four wettable and four water-repellent soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 65 (6), 1675-1679 (2001).
- Smits, K. M., Sakaki, T., Limsuwat, A., Illangasekare, T. H. Thermal conductivity of sands under varying moisture and porosity in drainage-wetting cycles. Vadose Zone J. 9, 1-9 (2010).
- Sakaki, T., Limsuwat, A., Smits, K. M., Illangasekare, T. H. Empirical two-point α-mixing Model for calibrating the ECH2O EC-5 soil sensor in sands. Water Resources Research. 44, W00D08(2008).
- Shokri, N., Lehmann, P., Or, D. Evaporation from layered porous media. J. Geophys. Res. 115, B06204(2010).
- Van Brakel, J. Mass transfer in convective drying. Advances in Drying. Mujumdar, A. S. 1, 217-267 (1980).
- Yiotis, A. G., Subos, A. G. B. oudouvisA. K., Tsimpanogiannis, I. N., Yortsos, Y. C. The effect of liquid films on the drying of porous media. AIChE J. 50, 2721-2737 (2004).
- Ishihara, Y., Shimojima, E., Harada, H. Water vapor transfer beneath bare soil where evaporation is influenced by a turbulent surface wind. J. Hydrol. 131 (1-4), 63-104 (1992).
- Lehmann, P., Assouline, S., Or, D. Characteristic lengths affecting evaporative drying of porous media. Phys. Rev. E. 77 (5 Pt 2), 056309(2008).
- Trautz, A. C., Smits, K. M., Schulte, P., Illangasekare, T. H. Sensible heat balance and heat-pulse method applicability to in situ soil-water evaporation. Vadose Zone J. 13, (2014).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن