Oberflächen Erneuerung: Ein Advanced Mikrometeorologische Verfahren zur Messung und Verarbeitung Feld Skala Energieflussdichte Daten

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Installation eines Oberflächenerneuerungssystems zur Messung und Verarbeitung von Energieflussdichtedaten im Feldmaßstab. Dies wird erreicht, indem zunächst das Gehäuse des Datenloggers und das Solarpanel des Turms vor Ort installiert werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Sensoren am Turm zu befestigen.

Als nächstes werden die Sensordrähte mit dem Datenlogger verbunden. Der letzte Schritt besteht darin, mit einem Laptop eine Schnittstelle zum Datenlogger herzustellen, das Programm auf den Datenlogger hochzuladen und zu überprüfen, ob der Datenlogger Signale von den Sensoren empfängt. Letztendlich wird die Oberflächenerneuerung verwendet, um die Evapotranspiration eines Ökosystems zu messen und Informationen zu liefern, die für die Landwirte nützlich sind, um Bewässerungsentscheidungen in einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Ökosystemen zu treffen.

Obwohl die Methode Einblicke in die landwirtschaftliche und städtische Wassernutzung bietet, hat sie auch Anwendungen in natürlichen Ökosystemen, z. B. in der Forstwirtschaft und in Feuchtgebieten. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf das Bewässerungsmanagement, da die Verdunstung die Hauptursache für Wasserverluste aus Pflanzenproduktionssystemen ist. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, weil sie nicht wissen, wie sie das Gerät installieren oder überprüfen können, ob es ordnungsgemäß funktioniert.

Die Idee zu dieser Methode hatten wir erstmals, als Beobachtungen von Turbulenzdaten uns dazu veranlassten, das Konzept der Oberflächenerneuerung aus dem Chemieingenieurwesen in die Atmosphärenwissenschaft zu adaptieren. Dieses Verfahren wird von unseren Teammitgliedern Rick Snyder und PA sowie den Postdocs Arturo Calderone und Tom Chaplin demonstriert. Beginnen Sie dieses Experiment, indem Sie den Standort der Feldstation festlegen und die Windrichtung auswerten, wie im Textprotokoll beschrieben.

Bereiten Sie so viel wie möglich von der Ausrüstung im Labor vor, bevor Sie ins Feld gehen. Befestigen Sie zunächst die Sensoren an den Datenlogger. Schließen Sie dann das RS 2 32-Kabel zwischen einem Laptop und dem Datenlogger-Anschluss an.

Öffnen Sie das Schnittstellenprogramm, um mit dem Datenlogger zu kommunizieren, und stellen Sie dann eine Verbindung zu ihm her. Laden Sie dann das schlüsselfertige Datenlogger-Programm auf den Datenlogger hoch. Überprüfen Sie die Datenwerte aller Sensoren, um zu sehen, ob alles korrekt funktioniert.

Sobald eine geeignete Position für die Station im Untersuchungsfeld identifiziert ist, stellen Sie den Turm auf und stabilisieren Sie die Füße des Turms mit den bereitgestellten Pfählen. Schlagen Sie den langen Erdungsstab aus Kupfer mit einem Mini-Vorschlaghammer an einer Stelle in den Boden, die den Boden nicht beeinträchtigt. Wärmestrom-Platten.

Verbinden Sie den Erdungsstab mit einem dicken Draht und den mitgelieferten Anschlüssen mit dem Turm. Befestigen Sie das Gehäuse des Datenloggers mit den vom Hersteller bereitgestellten U-Bolzen an der Hauptachse des Towers. Installieren Sie die beiden Bodenwärmeflussplatten mit dem weißen Punkt nach oben in einer Länge von fünf Zentimetern im Reihenabstand fern von Tropfbewässerungsstrahlern.

Verbinden Sie die Drähte der Wärmestromplatte als Differenzeingangssensoren mit den Datenloggerkanälen drei und vier. Installieren Sie das Bodenthermoelement, um das Bodenvolumen über der Erdwärmeflussplatte zu überspannen und die Änderung der Wärmespeicherung über den Platten zu berücksichtigen. Verbinden Sie das Bodenthermoelement als Differenzsensor mit dem Datenlogger auf Kanal fünf.

Montieren Sie das Netzradiometer an der Traverse. Der Baum ragt über dem Blätterdach hervor und zeigt nach Süden. Verbinden Sie das Netzradiometer mit dem Datenlogger auf Kanal zwei.

Als Differenzialsensor. Montieren Sie das Feindraht-Thermoelement an einem Ende des Querarms und über dem Baldachin. Die Lufttemperatur wird an 10-Hertz-Thermoelementen gemessen.

Für diese Messungen wird in der Regel ein Durchmesser von 76 Mikrometern verwendet. Verbinden Sie das Feindraht-Thermoelement mit dem Datenlogger auf Kanal eins als Differenzsensor, wobei der violette Draht zu einem H, der rote Draht zu einem L und der klare Draht zur Signalmasse führt. Installieren Sie das Schallanemometer am anderen Ende des Querarms mit dem neuen Schienengelenkverschraubung, um die dreidimensionalen Windgeschwindigkeiten und die Schalltemperatur bei 10 Hertz zu messen.

Zur Berechnung des Wirbelkovarianz des sensiblen Wärmestroms. Installieren Sie das Schallanemometer so, dass sich die Mitte des Messbereichs auf der gleichen Höhe wie das Feindraht-Thermoelement befindet. Schließen Sie anschließend das Netzteil an den Datenlogger an.

Schließen Sie einen Laptop über den Kabelanschluss RS 2 32 an der Vorderseite des Datenloggers an den Datenlogger an. Mit dem schlüsselfertigen Datenlogger-Programm. Überprüfen Sie die Datenwerte für alle Sensoren, um sicherzustellen, dass alles korrekt funktioniert.

Schrauben Sie die neue Schienenverbindung ab und senken Sie den vertikalen Hauptmast ab, der das Netzradiometer hält. Biegen Sie den isolierten Thermoelementdraht an der Verbindungsstelle mit dem Metallzylinder. Tauchen Sie die freiliegenden Thermoelementdrähte vorsichtig in ein Glas mit Zitronensaft und achten Sie darauf, dass die freiliegenden Drähte nicht gegen das Glas stoßen.

Reinigen Sie den Sensor von dem Zitronensaft, indem Sie die Drähte in ein Glas mit entionisiertem Wasser tauchen. Richten Sie den Thermoelementdraht an seiner Verbindungsstelle mit dem Metall erneut aus. Besprühen Sie das Netzradiometer mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie es mit saugfähigen Tüchern ab.

Heben Sie den vertikalen Mast in seine ursprüngliche Position an. Ziehen Sie die neuen Schienengewindestifte wieder fest und richten Sie das Netzradiometer aus. Hier ist ein Beispiel für eine Temperaturkurve dargestellt, die mit einem Feindraht-Thermoelement gemessen wurde.

Diese Spur zeigt, dass eine mathematische Analyse erforderlich ist, um das Signal aus diesen Rohdaten zu extrahieren. Die visuelle Inspektion dieser Daten zeigt drei oder vier primäre Rampen, die bei etwa 12, 35, 46 und 72 Sekunden enden. Alle Komponenten der Energiebilanz folgen einem ähnlichen Tagesmuster, wobei die Spitzenwerte in der Mitte des Tages auftreten.

Die Nettostrahlung ist tagsüber positiv, da die Oberfläche mehr Strahlung erhält, als sie verliert, und nachts, da die Oberfläche mehr Strahlung verliert, als sie empfängt. Zeigt die Tageskurve, die für sonnige Frühlingstage in Nordkalifornien erwartet wird. Die Dichte des Wärmeflusses im Boden folgt ebenfalls einem Tagesmuster.

Tagsüber ist sie positiv, da die Energie von der Oberfläche in den Boden geleitet wird, und nachts negativ. Da mehr Energie von unten an die kühlere Oberfläche geleitet wird, folgt der latente Wärmefluss der erwarteten Tageskurve über einer Pflanze mit ausreichend Wasser. Bei schönem Wetter ist die Nettostrahlung die dominierende Energiequelle für die Evapotranspiration.

Die Werte für die Dichte des latenten Wärmeflusses verfolgen also die Änderungen der Nettostrahlung während des Tages über eine aktiv transpirierende Kulturpflanze. Es wird erwartet, dass der Großteil der verfügbaren Energie unter positiven Nettostrahlungsbedingungen in die latente Wärmeflussdichte und nicht in die sensible Wärmeflussdichte und die Wärmeflussdichte des Bodens aufgeteilt wird. In windigen Nächten lag der latente Wärmefluss nahe Null, während er in ruhigen Nächten negativ war, was auf Kondensation hindeuten könnte.

Dennoch überwiegt der Beitrag des Tages zum latenten Wärmefluss bei weitem den Beitrag der Nacht. Unsicherheiten in den Nachtwerten sind also interessant, aber relativ unwichtig. Die täglichen kumulativen Evapotranspirationswerte stimmen gut mit der Oberflächenerneuerungsstation und einem nebeneinander angeordneten Wiegelysimeter überein.

In einem Weizenfeld gelten Lysimeter beim Wiegen als Goldstandard für die Abschätzung der Evapotranspiration von Ernteoberflächen. An den meisten Tagen war die kumulative Evapotranspiration aus der Oberflächenerneuerungsstation leicht höher als die Werte aus dem Lysimeter.Tower. Die Messungen stellen Flüsse aus einem breiteren Bereich dar als die Lysimetermessungen, und zum Zeitpunkt dieser Messungen war der Weizen im Lysimeter etwa 10 Zentimeter kürzer und weniger dicht als die Pflanzen und der Rest des Feldes.

Daher waren bei der Installation der Anlage höhere Evapotranspirationswerte aus dem Flussturm zu erwarten. Es ist wichtig, dass Sie überprüfen, ob die Sensoren Werte an den Logger zurückgeben, bevor Sie den Standort verlassen. Gehen Sie wie folgt vor. Andere Messungen wie das Wasserpotenzial der Blätter können verwendet werden, um andere Fragen wie den Wasserstatus der Pflanze nach ihrer Entwicklung zu beantworten.

Diese Technik ebnete Forschern auf dem Gebiet der Landwirtschaft den Weg, den Wasserverbrauch im Feldmaßstab in einer Vielzahl von Kulturen zu untersuchen.