Name: Oberflächen Erneuerung: Ein Advanced Mikrometeorologische Verfahren zur Messung und Verarbeitung Feld Skala Energieflussdichte Daten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-12T08:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Erfahren Sie die Installation eines Surface-Renewal-Systems zur Messung von Energieflussdichten in Agrarökosystemen. Diese Methode liefert präzise Evapotranspirationsdaten für fundierte Bewässerungsentscheidungen.

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Teilweise Unterstützung für diese Forschung wurde von J. Lohr Vineyards & Wines, dem National Grape and Wine Institute, einem Zuschuss der NIFA Specialty Crops Research Initiative an AJM und einer USDA-ARS CRIS-Finanzierung (Forschungsprojekt #5306-21220-004-00) bereitgestellt.

<ol>
	<li>Führen Sie vor der Installation vor Ort eine Windrichtungs- und Fußabdruckanalyse durch. Dieser Schritt ist wichtig, um sicherzustellen, dass der Turm richtig positioniert ist, um den repräsentativen Fluss im Untersuchungsfeld zu erfassen.
	<ol>
		<li>Bevor Sie die Feldstation einrichten, müssen Sie die vorherrschende Windrichtung auf der Untersuchungsfläche auswerten und bestimmen, wie viel Fetch (Höhelaufweite) für Ihre spezielle Anwendung erforderlich ist. Die Entfernung des Apportierens ist abhängig von der Höhe der zu messenden Fläche und der Höhe der Instrumente4. Im Allgemeinen erfolgt der Abruf 100 Meter in Lee für jeden Meter über dem Mittelpunkt der Baumkrone, in dem sich die Sensoren befinden.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Bringen Sie je nach den Anforderungen des jeweiligen Setups Sensoren an den Datenlogger an und bereiten Sie so viel wie möglich von der Ausrüstung vor, bevor Sie sich auf den Weg zum Einsatzort machen. Installieren Sie das Programm vor der Feldinstallation im Logger und testen Sie mit den unten beschriebenen Schritten, ob der Logger ordnungsgemäß funktioniert.
	<ol>
		<li>Schließen Sie einen Laptop über den RS-232-Kabelanschluss (nicht isoliert) an der Vorderseite des Datenloggers an den Datenlogger an, öffnen Sie das Schnittstellenprogramm, um mit dem Datenlogger zu kommunizieren, und stellen Sie eine Verbindung zum Datenlogger her. Laden Sie dann das schlüsselfertige Datenlogger-Programm auf den Datenlogger hoch. Für die Kommunikation mit dem Datenlogger können auch USB-Standardkabel und Mobiltelefone verwendet werden.
		<ol>
			<li>Das Programm wurde für eine bestimmte Reihe von Instrumenten geschrieben, nämlich ein 3-D-Schallanemometer, zwei Wärmeflussplatten, ein Bodenthermoelement, ein Feindraht-Luftthermoelement und ein Netzradiometer. Man kann das Programm für andere Sensorkonfigurationen anpassen, aber der Benutzer sollte das Logger-Programm nach allen Änderungen sorgfältig vor Ort testen. Wenn dem Programm viele neue Zeilen komplexer Code hinzugefügt werden, funktioniert es möglicherweise nicht richtig. Vor allem, wenn das Schallanemometer im seriellen und nicht im analogen Modus abgetastet wird. Das Programm steht zum Download zur Verfügung unter: <<a href="http://sites.google.com/site/tmshapland" target="_blank">sites.google.com/site/tmshapland</a>>.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Überprüfen Sie die Datenwerte aller Sensoren, um zu sehen, ob alles korrekt funktioniert.
		<ol>
			<li>Hinweis: Wenn eine dieser Variablen in der Statustabelle des Logger-Schnittstellenprogramms "NAN" erzeugt, muss der entsprechende Sensor und seine Verbindung zum Logger überprüft werden. Nachdem Sie die erforderlichen Korrekturen vorgenommen haben, kehren Sie zum Computer zurück und stellen Sie sicher, dass das Signal kein "NAN" mehr erzeugt.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Der unten beschriebene Aufbau ist für ein SR-System mit einem Feindraht-Thermoelement, und die Verkabelung wird so beschrieben, dass sie mit den Datenlogger-Befehlen übereinstimmt, die in das unten beschriebene schlüsselfertige Programm eingebettet sind.
	<ol>
		<li>Sobald eine geeignete Position für Ihre Station im Untersuchungsfeld identifiziert wurde, richten Sie den Turm ein (CM6 - Abbildung 1). Stabilisieren Sie die Füße des Turms mit den mitgelieferten Pfählen, schlagen Sie den langen Erdungsstab aus Kupfer mit einem Mini-Vorschlaghammer an einer Stelle in den Boden, die die Erdungsplatten für den Boden nicht beeinträchtigt (siehe unten), und verbinden Sie den Erdungsstab mit dem Turm mit dem dicken Draht und den mitgelieferten Anschlüssen.</li>
		<li>Befestigen Sie das Gehäuse des Datenloggers mit den vom Hersteller bereitgestellten U-Bolzen an der Hauptachse des Turms (Abbildung 1).</li>
		<li>Die beiden Bodenwärmeflussplatten (d. h. G1 und G2) mit weißem Punkt nach oben in einer Tiefe von 5 cm im Zwischenreihenraum fern von Tropfbewässerungsstrahlern installieren (Abbildung 4). Bei der Installation sollte ein guter thermischer Kontakt mit dem Boden gewährleistet sein, und Verlängerungsdrähte, die zum Datenlogger zurückführen, sollten vergraben werden, um Schäden durch Herausreißen aus dem Boden zu vermeiden.
		<ol>
			<li>Verbinden Sie die Drähte der Wärmestromplatte mit den Datenloggerkanälen 3 und 4 als Differenzeingangssensoren (G1: schwarzes Kabel 3H, rotes Kabel 3L - und G2: schwarzes Kabel 4H, rotes Kabel 4L). Die in diesem Dokument aufgeführten Codes stimmen mit den Beschriftungen für die Datenloggerkanäle überein und werden im gesamten Rest des Manuskripts verwendet. Details zu allen Sensoren sind in Tabelle 1 aufgeführt.</li>
			<li>Hinweis: Die Thermosäule in der Erdwärmeflussplatte misst den Temperaturgradienten über ein Material mit bekannten thermischen Eigenschaften, um die Energieflussdichte zu ermitteln. Jede Platte wird vom Hersteller kalibriert. Da Erdwärmestromplatten nicht direkt auf dem Boden platziert werden können, ohne die Sonneneinstrahlung abzufangen, müssen sie unter der Bodenoberfläche vergraben werden. Die Energieflussdichte in der Tiefe der Erdwärmeflussplatten ist nicht die gleiche wie die Energieflussdichte an der Oberfläche, da ein Teil der Energie in der Bodenschicht über der Platte gespeichert wird, so dass ein Satz parallel geschalteter Bodentemperatursensoren in der Schicht über den Platten installiert wird.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Installieren Sie das Bodenthermoelement (1 Kabel mit 4 parallel verdrahteten Sonden mit der Bezeichnung Ts), um das Bodenvolumen über der Erdwärmeflussplatte zu überspannen und die Änderung der Wärmespeicherung über den Platten zu berücksichtigen (Abbildung 4).
		<ol>
			<li>Verbinden Sie das Bodenthermoelement mit dem Datenlogger auf Kanal 5 als Differenzsensor (Ts: violettes Kabel 5H, rotes Kabel 5L).</li>
			<li>Hinweis: Die Messung der Bodenschichttemperatur erfolgt durch Einführen von Bodentemperaturfühlern in einem Winkel von nahe der Unterseite bis nahe der Oberseite der Bodenschicht (ca. 0,04-0,01 m unter der Bodenoberfläche). Wichtig ist, dass die Temperaturfühler nicht zu nah an der Oberfläche eingeführt werden. Wenn der Boden reißt, können Strahlung und/oder fühlbare Wärmeflüsse zu oder von den Sensoren zu falschen Daten führen. Im Allgemeinen ist es am besten, die Temperatursensoren nicht näher als 0,01 m von der Bodenoberfläche entfernt zu platzieren. und eine tiefere Platzierung ist in Böden erforderlich, die aufgrund der Bodentrocknung große Risse aufweisen5.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Installieren Sie das Netzradiometer (mit der Bezeichnung Rn-Abbildung 5) am Armausleger über der Haube und zeigen Sie nach Süden.
		<ol>
			<li>Verbinden Sie das Netzradiometer mit dem Datenlogger auf Kanal 2 als Differenzsensor (Rn: weißes Kabel 2H, grünes Kabel 2L, Schirm (blank) Signalmasse)</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Installieren Sie das Feindraht-Thermoelement (mit der Bezeichnung TC1 - Abbildung 6) an einem Ende des Querarms und über dem Blätterdach (die Höhe hängt von den Pflanzen ab, die auf einem bestimmten Feld wachsen, und dem erforderlichen Abruf); die Lufttemperatur wird bei 10 Hz gemessen. Die für diese Messungen verwendeten Thermoelemente haben typischerweise einen Durchmesser von 76 μm.
		<ol>
			<li>Verbinden Sie das Feindraht-Thermoelement mit dem Datenlogger auf Kanal 1 als Differenzsensor, bei dem das violette Kabel auf 1H, das rote Kabel auf 1L und das klare Kabel auf die Signalmasse geht.</li>
			<li>Hinweis: Weitere Informationen zur Wartung des Thermoelements nach der Inbetriebnahme des Systems finden Sie weiter unten.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Installieren Sie das Schallanemometer (Abbildung 7) am anderen Ende des Querarms (d. h. gegenüber dem Feindraht-Thermoelement) mit der Nu-Rail-Gelenkverschraubung, um dreidimensionale Windgeschwindigkeiten und Schalltemperatur bei 10 Hz zur Berechnung des fühlbaren Wirbelkovarianz-Wärmestroms zu messen. Installieren Sie das Schallanemometer so, dass sich die Mitte des Messbereichs auf der gleichen Höhe wie das Feindraht-Thermoelement befindet.
		<ol>
			<li>Hinweis: Das Schallanemometer muss vor dem Einsatz vor Ort von den Werkseinstellungen neu konfiguriert werden, um die gewünschten Signale auszugeben (Weitere Informationen finden Sie unter RM Young Model 81000RE Reconfiguration Instructions.pdf verfügbar unter <a href="https://sites.google.com/site/tmshapland" target="_blank">sites.google.com/site/tmshapland</a>).</li>
			<li>Die nicht kalibrierte Dichte des sensiblen Wärmeflusses, die durch die Oberflächenerneuerungsanalyse erhalten wird, wird dann kalibriert, indem die Steigung der linearen Regression der Wirbelkovarianz der kleinsten Quadrate gegenüber der sensiblen Wärmeflussdichte der SR bestimmt wird.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Schließen Sie das Netzteil an den Datenlogger an.</li>
		<li>Schließen Sie einen Laptop über den RS-232-Kabelanschluss (nicht isoliert) an der Vorderseite des Datenloggers an den Datenlogger an. Laden Sie das schlüsselfertige Datenlogger-Programm hoch, falls dieser Schritt nicht bereits im Labor durchgeführt wurde.
		<ol>
			<li>Das Programm ist für eine bestimmte Reihe von Instrumenten geschrieben, nämlich ein Schallanemometer, zwei Wärmeflussplatten, ein Bodenthermoelement, ein Feindraht-Luftthermoelement und ein Nettoradiometer. Man kann das Programm für andere Sensorkonfigurationen anpassen, aber der Benutzer sollte das Logger-Programm nach allen Änderungen sorgfältig vor Ort testen. Wenn dem Programm viele neue Zeilen komplexer Code hinzugefügt werden, funktioniert es möglicherweise nicht richtig. Vor allem, wenn das Schallanemometer im seriellen und nicht im analogen Modus abgetastet wird. Das Programm steht zum Download zur Verfügung unter: <a href="https://sites.google.com/site/tmshapland" target="_blank">sites.google.com/site/tmshapland</a>. Weitere Details zum Programm und seiner Anwendung finden Sie in unserer aktuellen Publikation6.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Überprüfen Sie die Datenwerte aller Sensoren, um zu sehen, ob alles korrekt funktioniert.
		<ol>
			<li>Hinweis: Wenn eine dieser Variablen in der Statustabelle des Logger-Schnittstellenprogramms "NAN" erzeugt, muss der entsprechende Sensor überprüft oder ausgetauscht werden. Wenn Sie Anpassungen am Sensor oder seiner Verkabelung vorgenommen haben, kehren Sie zum Computer zurück und stellen Sie sicher, dass das Signal kein "NAN" mehr erzeugt.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Warten Sie die Station mit den folgenden Schritten, sobald die Station betriebsbereit ist.
	<ol>
		<li>Schrauben Sie das Nu-Rail-Gelenk ab und senken Sie den vertikalen Hauptmast ab, der das Netzradiometer hält.</li>
		<li>Biegen Sie den isolierten Thermoelementdraht an der Verbindungsstelle mit dem Metallzylinder. Tauchen Sie die freiliegenden Thermoelementdrähte (d. h. die Spitze des Thermoelements) vorsichtig in den 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 das Glas mit deionisiertem (DI) Wasser tauchen. Richten Sie den Thermoelementdraht an der Verbindungsstelle mit dem Metallzylinder wieder aus.</li>
		<li>Besprühen Sie das Netzradiometer mit DI-Wasser. Trocknen Sie es mit saugfähigen Tüchern. Heben Sie den vertikalen Mast in seine ursprüngliche Position an, ziehen Sie die Nu-Rail-Stellschrauben wieder fest und richten Sie das Netzradiometer aus.</li>
		<li>Machen Sie Fotos vom Turm, um Veränderungen im Pflanzendach im Laufe der Zeit festzuhalten.</li>
		<li>Verarbeiten Sie die gesammelten Energiebilanzflussdaten; die Ausgabetabelle des schlüsselfertigen Datenloggerprogramms enthält die bereits transformierten Rn, G, H und LE. Weitere Informationen zum schlüsselfertigen Datenlogger-Programm Ausgabe6,7 finden Sie in unserer aktuellen Arbeit.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Moratiel, R., Martínez-Cob, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evapotranspiration+of+table+grape+trained+to+a+gable+trellis+system+under+netting+and+black+plastic+mulching%5BTitle%5D)+AND+%22Irrigation+Science%22%5BJournal%5D)">Evapotranspiration of table grape trained to a gable trellis system under netting and black plastic mulching.</a> Irrigation Science. 30 (3), 167-178 (2011).</li>
<li>DWR (Department of Water Resources). <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22California+Water+Plan+Update%2C+Bulletin+160-05%22">California Water Plan Update, Bulletin 160-05</a>. , California Department of Water Resources. Sacramento, CA, U.S.A. (2005).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Duce, P., Paw, U. K. T., Qiu, J., Su, H. B., Watanabe, T., Brunet, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+analysis%3A+a+new+method+to+obtain+scalar+fluxes+without+velocity+data%5BTitle%5D)+AND+%22Agric.+For.+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface renewal analysis: a new method to obtain scalar fluxes without velocity data.</a> Agric. For. Meteorol. 74, 119-137 (1995).</li>
<li>Rosenberg, N. J., Blad, B. L., Verma, S. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRosenberg%2C+NJ+%22Microclimate%3A+the+biological+environment%22">Microclimate: the biological environment</a>. , 2nd, John Wiley and Sons. New York, NY. USA. (1983).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Duce, P., Paw, U. K. T., Anderson, F. E., Falk, M. Surface Renewal Manual. , (2007).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Paw, U. T. K., Snyder, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+turnkey+data+logger+program+for+field-scale+energy+flux+density+measurements+using+eddy+covariance+and+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Ital.+J.+Agrometeorol%22%5BJournal%5D)">A turnkey data logger program for field-scale energy flux density measurements using eddy covariance and surface.</a> Ital. J. Agrometeorol. , Forthcoming Forthcoming.</li>
<li>Shapland, T. M., Snyder, R. L., Paw, U. K. T., Lang, D., McElrone, A. J. New tools to improve access to micrometeorological methods for agricultural research scientists. Annual Meeting of the American Society of Agronomy, , (2011).</li>
<li>Van Atta, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+coherent+structures+on+structure+functions+of+temperature+in+the+atmospheric+boundary+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+of+Mech%22%5BJournal%5D)">Effect of coherent structures on structure functions of temperature in the atmospheric boundary layer.</a> Arch. of Mech. 29, 161-171 (1977).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Renewal+analysis+for+sensible+and+latent+heat+flux+density%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary-Layer+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface Renewal analysis for sensible and latent heat flux density.</a> Boundary-Layer Meteorol. 77, 249-266 (1996).</li>
<li>Spano, D., Duce, P., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+estimates+of+evapotranspiration.+Tall+canopies%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Hort%22%5BJournal%5D)">Surface renewal estimates of evapotranspiration. Tall canopies.</a> Acta Hort. 449, 63-68 (1997).</li>
<li>Spano, D., Snyder, R. L., Duce, P., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+analysis+for+sensible+heat+flux+density+using+structure+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Agric.+For.+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface renewal analysis for sensible heat flux density using structure functions.</a> Agric. For. Meteorol. 86, 259-271 (1997).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+function+analysis+of+two-scale+scalar+ramps.+Part+I%3A+Theory+and+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary+Layer+Meterology%22%5BJournal%5D)">Structure function analysis of two-scale scalar ramps. Part I: Theory and modeling.</a> Boundary Layer Meterology. , (2012).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+function+analysis+of+two-scale+scalar+ramps.+Part+II%3A+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary+Layer+Meterology%22%5BJournal%5D)">Structure function analysis of two-scale scalar ramps. Part II: Applications.</a> Boundary Layer Meterology. , (2012).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie derzeit keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Die Oberflächenerneuerungsmethode bietet eine greifbare Möglichkeit, eine eigenständige und kostengünstige Technik zur Quantifizierung des Wasserverbrauchs von Pflanzen in Echtzeit zu entwickeln. Jüngste Fortschritte in der Signalverarbeitung, der Programmierung von Datenloggern, der Kalibrierung und dem Datenmanagement haben dieses Ziel klarer in den Fokus gerückt. Dieses Manuskript und unser kürzlich entwickeltes schlüsselfertiges Datenlogger-Programm6 machen fortschrittliche mikrometeorologische Methoden fü...

Wasserknappheit bedroht die landwirtschaftliche Nachhaltigkeit in trockenen Anbauregionen. Diese Situation wird sich wahrscheinlich mit den sich ändernden klimatischen Bedingungen und dem zunehmenden Wettbewerb zwischen landwirtschaftlichen, kommunalen, industriellen und Naturschutzeinrichtungen um begrenzte Wasservorräte verschärfen. Um dieses anhaltende Dilemma zu bewältigen, suchen die Landwirte ständig nach Möglichkeiten, die Bewässerungseffizienz zu verbessern, und Technologien, die den Wasserverbrauch der Pflanzen (d. h. Evapotranspiration, ET) in Echtzeit besser abschätzen, und bessere agrarmeteorologische Methoden werden diese Bemühungen sicherlich unterstützen. Die derzeitigen Technologien, die von den Landwirten zur Schätzung der ET verwendet werden, beruhen auf der Verwendung der Referenz-Evapotranspiration (ET0) und eines empirischen Pflanzenkoeffizienten (Kc), die beide sehr anfällig für Schätzfehler sind. Agrarmeteorologen messen ET auch, um experimentelle Behandlungen zur Verbesserung der Wassernutzungseffizienz von Pflanzen1 und zur Parametrisierung regionaler Wasserzuteilungsstrategien2 zu bewerten, aber diese Methoden sind hochtechnisch und teuer. Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um bestehende forschungsbasierte ET-Messmethoden in kostengünstige und benutzerfreundliche Technologien für Landwirte umzusetzen.
Oberflächenerneuerung (SR) ist eine agrarmeteorologische Methode, die zur Messung der ET von Pflanzen verwendet wird. SR basiert auf der Analyse des Energiehaushalts von Luftparzellen, die sich während des turbulenten Austauschprozesses3 ephemer im Pflanzendach befinden, gemessen mit der in Abbildung 1 gezeigten Station und theoretisch veranschaulicht in Abbildung 2 und Film 1. Die Luftpakete manifestieren sich als rampenartige Formen in turbulenten Temperatur-Zeitreihendaten, und die Amplitude und Periode der Rampen werden zur Berechnung der Flussdichte verwendet (Abbildungen 2 und 3). Bei der SR-Methode wird die ET für eine gegebene Pflanzenoberfläche bestimmt, indem die latente Wärmeflussdichte (LE) als Residuum der folgenden Energiebilanzgleichung berechnet wird 
LE=R n-G-H,
Hier ist LE die Energieflussdichte, die mit der Phasenänderung von Wasser von einer Pflanzenoberfläche verbunden ist, Rn ist die Nettostrahlung, G ist die Wärmeflussdichte des Bodens (d.h. Energie, die in den oder aus dem Boden geleitet wird) und H ist die sensible Wärmeflussdichte (d.h. die Energieflussdichte von der Oberfläche zur Luft oder umgekehrt, die zu einer Temperaturänderung führt). Rn ist eine positive Zahl, wenn der Nettofluss nach unten gerichtet ist (Energie, die der Oberfläche zugeführt wird), LE und H sind positive Zahlen, wenn der Fluss nach oben geht (Energie, die der Luft zugeführt wird), und G ist eine positive Zahl, wenn der Fluss nach unten gerichtet ist (Energie, die dem Boden zugeführt wird). LE (MJ/m2sec) wird dann durch die latente Verdampfungswärme (L=2,45 MJ/kg) dividiert, um die Massenflussdichte von Wasserdampf von der Oberfläche (d.h. ET) zu erhalten.
Messungen von R, n und G sind relativ einfach und kostengünstig. Direkte Messungen von H sind komplexer und erfordern eine hochfrequente Datenerfassung. Die gebräuchlichste Methode zur Bestimmung von H ist die Eddy-Kovarianz; Das für diese Methode erforderliche Schallanemometer ist jedoch teuer, komplex und wird daher von Agronomen, Gartenbauern oder Ingenieuren nicht häufig zur Bestimmung von H und LE verwendet. Auf der anderen Seite wird H, abgeleitet von der SR-Technik, durch eine einfachere und kostengünstigere Methode erhalten, bei der Feindraht-Thermoelemente verwendet werden, um hochfrequente Lufttemperaturen an der Grenzfläche zwischen Oberfläche und Atmosphäre zu messen. Trotz der Einfachheit des SR ist bei Strommessungen immer noch eine Kalibrierung gegen die Wirbelkovarianzschätzung eines Schallanemometers von H erforderlich, um eine sensible Wärmeflussdichte zu erhalten.
Der erfolgreiche Einsatz eines SR-Flussturms für ET-Messungen kann eine gewaltige Herausforderung sein, insbesondere für viele Agrarforscher ohne formale Ausbildung in Atmosphärenwissenschaften. SR- und Eddy-Kovarianz-Messungen erfordern ausgefeilte technische Fähigkeiten sowohl in der Programmierung von Datenloggern zur Ausführung von Aufgaben mit komplexen Instrumenten als auch in der Erstellung von Computerprogrammen, um die rohen Turbulenzdaten in aussagekräftige Flüsse nachzubearbeiten. Hier beschreiben wir, wie Sie eine Feldstation einrichten, Sensoren installieren und unser neues schlüsselfertiges Datenloggerprogramm für die Datenerfassung und Nachbearbeitung nutzen.

<table><tbody><tr><td>Datenlogger</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CR1000</td><td></td></tr><tr><td>Datenlogger-Gehäuse</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>ENC12/14-SC</td><td></td></tr><tr><td>Turm (6 ft) mit Erdung & Blitzableitern</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CM6</td><td></td></tr><tr><td>Querarm (4 Fuß)</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CM204</td><td></td></tr><tr><td>Nu-Rail Kreuzungsverschraubung</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>17953</td><td></td></tr><tr><td>Netzteil (12 V) mit Regler & Batterie</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>PS100</td><td></td></tr><tr><td>Regler für das Ladegerät (12 V)</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CH100</td><td></td></tr><tr><td>Batterie-Verlängerungskabel</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>6186</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelement-Verlängerungskabel</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>FWC-20</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>FW3</td><td></td></tr><tr><td>3D Schall-Anemometer mit langem Hals</td><td>RM Young Company</td><td>81000 RE</td><td></td></tr><tr><td>8 Leiterkabel für Anemometer</td><td>RM Young Company</td><td>18660</td><td></td></tr><tr><td>Bodenwärmeflussplatten</td><td>REBS, Inc.</td><td>HFT3.1</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente für den Boden</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>TCAV</td><td></td></tr><tr><td>Net Radiometer mit Kabel</td><td>Kipp and Zonen, Inc.</td><td>NR Lite 2</td><td></td></tr><tr><td>Heavy Duty Masthalterung für Radiometer</td><td>Kipp and Zonen, Inc.</td><td>L-CMB1</td><td></td></tr></tbody></table>

oberflächen erneuerung: ein advanced mikrometeorologische verfahren zur messung und verarbeitung feld skala energieflussdichte daten

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Fortgeschrittene mikrometeorologische Methoden haben in den Boden-, Pflanzen- und Umweltwissenschaften zunehmend an Bedeutung gewonnen. Für viele Wissenschaftler ohne formale Ausbildung in Atmosphärenwissenschaften sind diese Techniken relativ unzugänglich. Die Oberflächenerneuerung und andere Methoden zur Messung des Flusses erfordern ein Verständnis der Grenzschichtmeteorologie und eine umfassende Ausbildung in Instrumentierung und mehreren Datenmanagementprogrammen. Um die Zugänglichkeit dieser Techniken zu verbessern, beschreiben wir die zugrundeliegende Theorie der Oberflächenerneuerungsmessungen, demonstrieren, wie eine Feldstation für die Oberflächenerneuerung mit Eddy-Kovarianz-Kalibrierung eingerichtet wird, und nutzen unser schlüsselfertiges Open-Source-Datenloggerprogramm, um die Erfassung und Verarbeitung von Flussdaten durchzuführen. Das neue schlüsselfertige Programm gibt dem Benutzer eine einfache Datentabelle mit den korrigierten Flussmitteln und Qualitätskontrollparametern zurück und macht es für Forscher überflüssig, zwischen mehreren Verarbeitungsprogrammen zu wechseln, um die endgültigen Flussdaten zu erhalten. Ein Beispiel für Daten, die aus diesen Messungen generiert werden, zeigt, wie der Wasserverbrauch von Pflanzen mit dieser Technik gemessen wird. Die Output-Informationen sind für die Landwirte nützlich, um Bewässerungsentscheidungen in einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Ökosystemen zu treffen. Diese Stationen werden derzeit in zahlreichen Feldexperimenten von Forschern unserer Gruppe und des California Department of Water Resources in den folgenden Kulturen eingesetzt: Reis-, Wein- und Rosinenweinberge, Luzerne, Mandel, Walnuss, Pfirsich, Zitrone, Avocado und Mais.

Das Erfassen der Komponenten Rn und G der Energiebilanzgleichung ist vergleichsweise einfach und kostengünstig. Die Messung von H ist komplexer und erfordert hochfrequente Temperaturverläufe, die entweder mit einem feinen Thermoelement für die Oberflächenverjüngung oder mit einem Ultraschallanemometer für die Wirbelkorrelation erfasst werden. Ein Beispiel für einen Temperaturverlauf, gemessen mit einem feinen Thermoelement, ist in Abbildung 9 dargestellt. Dieser vera...

Oberflächenerneuerung ist eine mikrometeorologische Methode, die zunehmend zur Bestimmung von Energieflüssen eingesetzt wird, aber aufgrund ihrer technischen Komplexität für ein breites Publikum unzugänglich ist. Wir beschreiben die Schritte, die erforderlich sind, um eine Feldstation für die Oberflächenerneuerung einzurichten und zu kalibrieren, Daten zu erfassen und zu verarbeiten und die Ergebnisse richtig zu interpretieren.

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

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, ein Surface-Renewal-System zur Messung und Verarbeitung von flächenhaften Energieflussdichtedaten zu installieren. Dies wird zunächst durch die Installation des Turm-Datenloggerschrankes und der Solarzelle im Feld erreicht. Der zweite Schritt besteht darin, die Sensoren am Turm zu befestigen.Danach werden die Sensorkabel an das Datenlogger-Gerät angeschlossen. Der letzte Schritt besteht darin, das Datenlogger-Gerät mit einem Laptop zu verbinden, das Programm auf das Datenlogger-Gerät zu übertragen und zu überprüfen, ob das Datenlogger-Gerät Signale von den Sensoren empfängt. Letztendlich wird die Oberflächenverjüngung verwendet, um die Evapotranspiration eines Ökosystems zu messen, wodurch Informationen bereitgestellt werden, die für Landwirte nützlich sind, um Bewässerungsentscheidungen in einer Vielzahl landwirtschaftlicher Ökosysteme zu treffen.Obwohl die Methode Einblicke hinsichtlich der landwirtschaftlichen und städtischen Wassernutzung ermöglicht, hat sie auch Anwendungen in natürlichen Ökosystemen, beispielsweise in der Forstwirtschaft und in Feuchtgebieten. Die Implikationen dieser Technik reichen bis zum Bewässerungs

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Umwelt

Wir beschreiben ein relativ schnelles (30 min) und realistische Verfahren zur gleichzeitigen Messung von blatt hydraulischen Leitwert...

Measurement of Leaf hydraulische Leitfähigkeit und stomatäre Leitfähigkeit und ihre Antworten auf Bestrahlungsstärke und Dehydration Mit dem Evaporative Flux-Methode (EFM)

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um mit hoher räumlicher Auflösung den instationären Oberflächendruck in turbulenten Strömungen zu messen. Diese Methode demonstriert den Aufbau einer Remote Microphone Probe (RMP) und die Bestimmung ihrer frequenzabhängigen, komplexen Übertragungsfunktion. Eine analytische Bestimmung des dynamischen Ansprechverhaltens wird vorgestellt und validiert.

Die Messung der Unsteady Flächenpressung eines Remote-Mikrofon-Sonde

Räumliche Muster von Erosion und Ablagerung Boden Höhenunterschiede abgebildet bei gegebener Zeit-Schritten entnehmen. Solche Änderungen in der Höhe beziehen sich auf Änderungen in oberflächennahen Böden Karbonate. Wiederholbare Methoden für Feld- und Laborversuche Messungen dieser Mengen und Daten-Analyse-Methoden werden hier beschrieben.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Charakterisierung von Erosion von Dendrogeomorphology konzentriert sich in der Regel auf der Suche nach genau die Startzeit der Wurzel Exposition durch die makroskopische Untersuchung oder Zelle Pegeländerungen verursacht durch die Exposition. Hier bieten wir eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen neuartigen Techniken genauere Erosionsraten von hochgenauen Microtopographic Daten zu erhalten.

Labor und Feld-Protokoll für die Schätzung der Blatt-Erosion-Raten von Dendrogeomorphology

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Verwendung der wichtigsten Komponenten für die Aufstockung topographische Modelle zuordnen Boden Umverteilung und Boden organischen Kohlenstoff

Das vorgestellte Protokoll verwendet die Wirbelkovarianzmethode an untypischen Orten, die für alle Arten von Kurzbaumökosystemen mit begrenzter Fläche auf einer derzeit aufgeforsteten Windkraftanlage in Polen anwendbar ist. Details zu den Regeln für die Standorteinrichtung, Flussrechnungen und Qualitätskontrolle sowie zur Endergebnisanalyse werden beschrieben.

Messungen von CO2-Flüssen an nicht-idealen Eddy-Kovarianzstellen

Eine genaue Schätzung des Blattflächenindex (LAI) ist entscheidend für viele Modelle von Material- und Energieflüssen innerhalb von Pflanzenökosystemen und zwischen einem Ökosystem und der atmosphärischen Grenzschicht. Daher waren drei Methoden (Wurffallen, Nadeltechnik und PCA) zur präzisen LAI-Messung im vorgestellten Protokoll enthalten.

Leaf Area Index Estimation mit drei unterschiedlichen Methoden in reinen Laubständen

Die schnelle und präzise Schätzung des Blattflächenindex (LAI) in terrestrischen Ökosystemen ist entscheidend für eine Vielzahl von ökologischen Studien und die Kalibrierung von Fernerkundungsprodukten. Hier wird das Protokoll für die Verwendung des neuen optischen Geräts LP 110 für bodengebundene In-situ-LAI-Messungen vorgestellt.

Feldmessung des effektiven Blattflächenindex mit optischem Gerät im Vegetationsdach

Jüngste Fortschritte bei ferngesteuerten Flugzeugsystemen (RPAS) ermöglichen eine Auflösung von unter einem Meter, ideal für die Überwachung der Walderholung. Die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) ermöglicht tiefere Einblicke aus großen Fernerkundungsdatensätzen. Dieses Protokoll verbessert die Überwachung, indem es eine effizientere Bewertung und Bewirtschaftung von Waldflächen unterstützt, die sich von Störungen erholen.

Sammeln und Verarbeiten von drohnenbasierten Fernerkundungsdaten für den Einsatz in der Überwachung der Walderholung

Dieser Artikel stellt die Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR)-Technik für lokale nichtdestruktive thermische Charakterisierung und Bildgebung vor.

Die Frequenzdomänen-Thermoreflexionstechnik für thermische Eigenschaftsmessungen

Erfahren Sie die Installation eines Surface-Renewal-Systems zur Messung von Energieflussdichten in Agrarökosystemen. Diese Methode liefert präzise Evapotranspirationsdaten für fundierte Bewässerungsentscheidungen.

Oberflächen Erneuerung: Ein Advanced Mikrometeorologische Verfahren zur Messung und Verarbeitung Feld Skala Energieflussdichte Daten (Video) | JoVE Journal

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

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