استكشاف تأثيرات الغلاف الجوي التأثيرات على التبخر: تجربة دمج طبقة الغلاف الجوي الحدود وتحت السطحية الضحلة

العام من هذا الإجراء هو تطوير جهاز خزان التربة والبروتوكول المرتبط به لدراسة تأثيرات التأثير الجوي على التبخر بشكل تجريبي. يتم تحقيق ذلك عن طريق بناء خزان تربة ثنائي الأبعاد على نطاق مقاعد البدلاء. الخطوة الثانية هي إنشاء جهاز نفق هواء يتم التحكم فيه بالمناخ ويتفاعل مع خزان التربة.

بعد ذلك ، يتم تجهيز نفق الرياح وخزان التربة بتقنيات استشعار مختلفة تستخدم لقياس التربة والرطوبة ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية وسرعة الرياح. الخطوة الأخيرة هي تعبئة خزان التربة بالتربة والماء ، وتحديد القوة الجوية المطلوبة وبدء التجربة. في النهاية ، يمكن استخدام هذا الجهاز التجريبي لتوليد البيانات في ظل ظروف حدودية خاضعة للرقابة بشكل جيد ، مما يسمح بتحكم أفضل وجمع البيانات الدقيقة على نطاقات الأهمية ، غير المجدية في هذا المجال.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذا الإجراء على الطرق الحالية في أنه يسمح بتوليد مجموعات بيانات دقيقة يمكن استخدامها للتحقق من صحة النماذج العددية ودراسة الترابط بين خصائص التربة وعملياتها. وغالبا ما تكون البيانات المتاحة من المواقع الميدانية غير مكتملة ومكلفة للحصول عليها، ويمكن اعتبار درجة التحكم اللازمة للحصول على العمليات وفهمها ولتوليد البيانات من أجل التحقق من صحتها النموذجية غير كافية. يسمح هذا الإجراء بالتحكم بعناية في الظروف الجوية مثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية وسرعة الرياح وظروف التربة.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للتبخر كما هو موضح هنا ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على قضايا أخرى تتطلب فهما لتفاعلات الغلاف الجوي للأرض ، مثل تسرب ثاني أكسيد الكربون المعزول جيولوجيا وتغير مناخ التربة ، وإمدادات الغذاء والمياه ، والكشف الدقيق عن الألغام الأرضية ، ومعالجة المياه الجوفية والتربة. جنبا إلى جنب مع طالب الدراسات العليا ، أندرو تراوتس ، ستقوم فيكتوريا إيجان ، وهي طالبة جامعية من مختبري بعرض الإجراء للبدء في قطع قطعة كبيرة من زجاج الأكريليك بسمك 1.2 سم إلى خمسة آلام فردية. يسمح زجاج الأكريليك بمراقبة العمليات في باطن الأرض بصريا.

بعد ذلك ، ارسم شبكة خمسة في خمسة. أي 25 سم × 25 سم على كل من اللوحين الزجاجيين الكبيرين. تأكد من أن مساحة كل مربع داخل الشبكة 25 سم مربع.

سيتم استخدام الشبكة للتباعد بشكل صحيح. تقوم المستشعرات الموجودة داخل خزان التربة على أحد الألواح الزجاجية الكبيرة بحفر ما مجموعه 25 ثقبا قطرها 1 0.9 سم لأجهزة استشعار رطوبة التربة ، وحفر كل ثقب في وسط كل مربع في الشبكة بحيث تكون مراكز ثقب مربعين متاخمين على بعد خمسة سنتيمترات. المجموعة الأولى من الثقوب هي 2.5 سم تحت الجزء العلوي من الخزان.

استخدم صنابير ذات حجم مناسب لقطع الخيوط في كل من الثقوب التي تم إنشاؤها حديثا. يضمن التباعد البالغ خمسة سنتيمترات بين المستشعرات أن يكون كل مستشعر خارج حجم أخذ العينات لأقرب مستشعر تالي. بنفس الطريقة ، قم بحفر والنقر على ما مجموعه 25 0 0 0.635 سم ثقوب قطرها في وسط كل صندوق شبكي على اللوح الزجاجي الآخر على ألم الأكريليك المستخدم في قاع الخزان.

قم بحفر ثقب قطره نصف بوصة واضغط عليه في منتصف اللوحة. قم بلصق شاشة شبكية فوق الفتحة الموجودة على الجانب الداخلي من الزجاج على الجانب الخارجي من المستوى السفلي. قم بتثبيت كوع بزاوية 90 درجة متصل بأنبوب مرن بصمام قابل للتعديل.

يستخدم هذا الصمام والأنبوب لتصريف المياه من الخزان عند انتهاء التجربة أو كطريقة لتركيب أجهزة رأس ثابتة للحفاظ على المياه الثابتة. أعماق الجدول. استخدم غراء بحري أو لاصق بوليمر مقاوم للماء مماثل لربط الخزان وإغلاقه معا.

اسمح للمادة اللاصقة بالشفاء ليوم واحد لرفع الخزان عن الأرض وإفساح المجال للكوع بزاوية 90 درجة. قم بإرفاق قطعتين إضافيتين من زجاج الأكريليك بسمك 1.2 سم بطول 12 سم وارتفاع خمسة سنتيمترات في قاع الخزان. قم ببناء الجزء العلوي من نفق الرياح الذي يبلغ طوله 215 سم من مادة مجاري الصلب المجلفن المستطيلة التي يبلغ عرضها 8.5 سم وارتفاعها 26 سم.

أحيط الجزء الخارجي من القناة بالعزل. بعد ذلك ، قم بتثبيت خمسة عناصر تسخين بالأشعة تحت الحمراء من السيراميك موضوعة بالتوازي داخل عاكس على طول الجزء العلوي من نفق الرياح. قم بتوصيل عناصر التسخين بالأشعة تحت الحمراء بنظام التحكم في درجة الحرارة الذي ينظمه مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء.

قم ببناء الجزء الأوسط من نفق الرياح من لوحين أكريليك بسمك 1.2 سم بطول 25 سم وارتفاع 26 سم. قم بتثبيت ألواح الأكريليك في الجزء العلوي من الجدران الجانبية لخزان التربة باستخدام شريط لاصق قوي لضمان أن نفق الرياح وألواح خزان التربة متدفقة مع بعضها البعض. قم بحفر فتحتين قطرهما 0.635 سم في إحدى ألواح القسم الأوسط لإدخال درجة الحرارة و / أو الرطوبة النسبية.

تقوم مستشعرات درجة الحرارة بعد ذلك ببناء أول 50 سم من الجزء السفلي من نفق الرياح من نفس حجم مادة مجاري الهواء المستطيلة كما كان من قبل على الجانب النهائي ، قم بتقليل مادة مجاري الهواء المستطيلة إلى قناة مستديرة قطرها 15.3 سم بطول 170 سم. قم بتركيب مخمد فولاذي مجلفن يستخدم لضبط سرعات الرياح في الطرف الأقصى من مجرى النهر من القناة المستديرة للمساعدة في التحكم في سرعة الرياح. بعد ذلك ، قم بتركيب مروحة مجاري الهواء المضمنة في منتصف القناة المستديرة الموجهة لطرد الهواء من الجزء السفلي من نفق الرياح.

قم بتوصيل المروحة بوحدة تحكم متغيرة السرعة للتحكم بشكل أكثر دقة في تردد الدوران ، ونتيجة لذلك ، سرعة الرياح قبل التثبيت داخل خزان التربة. قم بتأمين كل مستشعر رطوبة التربة ودرجة الحرارة داخل غلاف NPT ملولب وختمها بمادة مانعة للتسرب لمنع تسرب الرطوبة. لا تستخدم منتجات مانعة للتسرب القائمة على السيليكون لأنها يمكن أن تتداخل مع الإلكترونيات داخل بعض المستشعرات.

عالج المستشعرات لمدة أسبوع تقريبا. لف خيوط كل مبيت NPPT بشريط سباك قبل التثبيت في الخزان للمساعدة في توفير ختم أفضل بين خيوط NPT وزجاج الأكريليك. ثم قم بتثبيت ما مجموعه 25 مستشعرا لرطوبة التربة ودرجة الحرارة كل منها أفقيا من خلال جدران الخزان.

في مواقع الشبكة. قم بلف كبلات المستشعر بالتزامن مع غلاف NPT حتى لا تتلف الأسلاك الداخلية داخل الكابلات. لا تفرط في عزم دوران MPTs لمنع الزجاج من التشقق بمجرد وضعه في مكانه ، قم بتوصيل مستشعرات رطوبة التربة وأجهزة استشعار درجة الحرارة بمسجلات البيانات المخصصة لها.

قم بتثبيت أنبوب ثابت P toe مباشرة في اتجاه مجرى خزان التربة من خلال الفتحة المحفورة في الجزء العلوي من قسم نفق الرياح في اتجاه مجرى النهر. امسك الأنبوب الثابت P toe بالارتفاع المطلوب من أرضية القسم. ثم قم بتوصيل الأنبوب بمحول ضغط تفاضلي قبل تعبئة الخزان بالتربة.

اختبر سلامتها عن طريق إجراء اختبار التسرب. املأ الخزان بالماء وانتظر لمدة أربع إلى ست ساعات للتأكد من عدم حدوث تسرب في الهيكل أو أجهزة الاستشعار. بعد إجراء التسرب ، تسرب واختبار وتصريف الخزان.

احصل على تربة جافة لتعبئة خزان التربة. توصيف الخصائص الهيدروليكية والحرارية للتربة المختارة بشكل منفصل وفقا للطرق المنشورة مسبقا. قم بتعبئة خزان التربة بعناية باستخدام التربة والمياه منزوعة الأيونات لتعبئة خزان التربة بشكل مبلل.

أولا ، صب ما يقرب من خمسة سنتيمترات من الماء في الخزان باستخدام مغرفة إضافة التربة الجافة ببطء إلى الماء في الخزان. بزيادات عمق 2.5 سم ، سجل وزن الرمل المضاف أثناء كل رفع بحيث يمكن حساب مسامية عبوة التربة عند الانتهاء من كل طبقة. اضغط بشكل متكرر على جدران الخزان من 100 إلى 200 مرة باستخدام مطرقة مطاطية للحصول على كثافة ظاهرية موحدة طوال الوقت.

أثناء النقر ، تجنب ملامسة المستشعرات وأسلاك المستشعر. يجب تجنب استخدام الأجهزة الاهتزازية ، حتى لا تتلف شبكة أجهزة الاستشعار الحساسة. ضع الخزان على ميزان لمراقبة فقد الماء التراكمي ، والذي يمكن استخدامه بدوره لحساب معدل التبخر.

بمجرد اكتمال الإعداد ، حدد الظروف الجوية المطلوبة. تأكد من تشغيل مسجلات البيانات وأنظمة الحصول على البيانات الأخرى وضبطها على فترات أخذ العينات الصحيحة. ابدأ تشغيل المروحة ونظام التحكم في درجة الحرارة.

اسمح للظروف المناخية بالتوازن قبل إزالة الغطاء البلاستيكي على سطح خزان التربة. أخيرا ، قم بتشغيل التجربة للمدة الزمنية المطلوبة. تم استخدام جهاز نفق الرياح وخزان التربة المدمج لإجراء سلسلة من التجارب التي تم فيها تطبيق ظروف حدودية مختلفة على سطح التربة.

على الرغم من إجراء أربع تجارب بسرعات رياح ودرجات حرارة مختلفة ، إلا أن غالبية النتائج التجريبية المعروضة هنا هي لسرعة رياح تبلغ 1.22 متر في الثانية. تنخفض الرطوبة النسبية لسطح التربة بمرور الوقت ، بينما تظهر درجة حرارة سطح التربة اتجاها متزايدا بمرور الوقت قبل الاستقرار. لوحظت هذه الاتجاهات في جميع التجارب الأربع ويمكن تفسيرها من حيث تجفيف التربة.

درجة حرارة السطح والرياح أقل تأثيرا على درجات الحرارة المحلية على الأعماق الأكبر ، ولا تظهر أي تأثير على الأعماق التي تقل عن 12.5 سم. يمكن أن يرتبط التشبع بمراحل التبخر المختلفة ، والتي يتم تحديدها من خلال الاختلافات في معدلات التبخر. موقع جبهة التجفيف وآليات النقل المهيمنة.

زيادة سرعات الرياح إلى زيادة معدل التبخر وتقصير مدة التبخر في المرحلة الأولى. ومع ذلك ، فإن زيادة سرعة الرياح التي تتجاوز ثلاثة أمتار في الثانية ، تظهر تأثيرا إضافيا ضئيلا على تبخر المرحلة الأولى. يبدو أن المرحلة الثانية من التبخر الذي تحكمه خصائص الوسط المسامي بشكل أساسي ، مستقلة عن سرعة الرياح أو تتأثر بها بشكل طفيف.

ينطبق هذا البروتوكول التجريبي على مجموعة متنوعة من الظروف البيئية لتشمل التغيرات في التربة أو المناخ أو الحدود أو الظروف تحت السطحية. يمكن تعديل أبعاد وتخطيط المستشعر للجهاز الموصوف لتلبية احتياجات التجارب المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل إجراء التعبئة بالمثل لمراعاة تكوينات التعبئة المختلفة ، مثل ظروف المسامية المتغيرة وعدم تجانس التربة.