Renovación de superficie: un método micrometeorológico avanzado para medir y procesar datos de densidad de flujo de energía a escala de campo

El objetivo general de este procedimiento es instalar un sistema de renovación de superficie para medir y procesar datos de densidad de flujo de energía a escala de campo. Esto se logra instalando primero el registrador de datos de torre, el gabinete y el panel solar en el campo. El segundo paso es fijar los sensores a la torre.

A continuación, los cables del sensor se conectan al registrador de datos. El paso final es conectarse al registrador de datos con una computadora portátil, cargar el programa en el registrador de datos y verificar que el registrador de datos esté recibiendo señales de los sensores. En última instancia, la renovación de la superficie se utiliza para medir la evapotranspiración de un ecosistema, proporcionando información que es útil para los productores para tomar decisiones de riego en una variedad de ecosistemas agrícolas.

Aunque el método proporciona información sobre el uso del agua en la agricultura y en las zonas urbanas, también tiene aplicaciones en los ecosistemas naturales, por ejemplo, en la silvicultura y en los humedales. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el manejo del riego, ya que la evapotranspiración es la principal causa de pérdida de agua de los sistemas de producción de cultivos. Por lo general, las personas que son nuevas en este método tendrán dificultades porque no saben cómo instalar el equipo o verificar que funcione correctamente.

La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando las observaciones de los datos de turbulencia nos llevaron a adaptar el concepto de renovación de la superficie de la ingeniería química a la ciencia atmosférica. Este procedimiento será demostrado por los miembros de nuestro equipo, Rick Snyder y los PA y postdocs, Arturo Calderone y Tom Chaplin. Comience este experimento estableciendo la ubicación de la estación de campo y evaluando la dirección del viento como se describe en el protocolo de texto.

Prepare la mayor cantidad posible de equipo en el laboratorio antes de ir al campo. Primero, conecte los sensores al registrador de datos. A continuación, conecte el cable RS 2 32 entre un portátil y el puerto del registrador de datos.

Abra el programa de interfaz para comunicarse con el registrador de datos y luego conéctese a él. A continuación, cargue el programa de registro de datos llave en mano en el registrador de datos. Compruebe los valores de datos de todos los sensores para ver si todo funciona correctamente.

Una vez que se identifique una posición apropiada para la estación en el campo de estudio, configure la torre, estabilice los pies de la torre usando las estacas provistas. Golpee la varilla larga de cobre en el suelo con un mini mazo en un lugar que no interfiera con el suelo. Placas de flujo de calor.

Conecte la varilla de conexión a tierra a la torre con un cable de calibre grueso y los conectores provistos. Fije la carcasa del registrador de datos al eje principal de la torre utilizando los pernos en U proporcionados por el fabricante. Instale las dos placas de flujo de calor del suelo con el punto blanco hacia arriba a una longitud de cinco centímetros en el espacio entre hileras, lejos de los emisores de riego por goteo.

Conecte los cables de la placa de flujo de calor a los canales tres y cuatro del registrador de datos como sensores de entrada diferencial. Instale el termopar de suelo para abarcar el volumen de suelo por encima de la placa de flujo de calor del suelo para tener en cuenta el cambio en el almacenamiento de calor por encima de las placas. Conecte el termopar de suelo al registrador de datos en el canal cinco como un sensor diferencial.

Instale el radiómetro de red en el brazo transversal. Boom por encima del dosel y apuntando hacia el sur. Conecte el radiómetro de red al registrador de datos en el canal dos.

Como sensor diferencial. Instale el termopar de alambre fino en un extremo del brazo transversal y por encima del dosel. La temperatura del aire se muestreará a termopares de 10 hercios.

Para estas mediciones se suele utilizar un diámetro de 76 micras. Conecte el termopar de cable fino al registrador de datos en el canal uno como un sensor diferencial donde el cable púrpura va a una H, el cable rojo a una L y el cable transparente a la tierra de la señal. Instale el anemómetro sónico en el otro extremo del brazo transversal utilizando el nuevo accesorio de unión de riel para medir las velocidades tridimensionales del viento y la temperatura sónica a 10 hercios.

Para calcular el flujo de calor sensible de la varianza de Eddy co. Instale el anemómetro sónico de modo que el centro del área de medición esté ubicado a la misma altura que el termopar de alambre fino. A continuación, conecte la fuente de alimentación al registrador de datos.

Conecte una computadora portátil al registrador de datos usando el puerto de cable RS 2 32 en la parte frontal del registrador de datos. Utilizando el programa de registro de datos llave en mano. Compruebe los valores de datos de todos los sensores para asegurarse de que todo funciona correctamente.

Desatornille la nueva junta de riel y baje el mástil vertical principal que sostiene el radiómetro de red. Doble el cable de termopar aislado en su unión con el cilindro de metal. Sumerja con cuidado los cables del termopar expuestos en un frasco de jugo de limón, asegurándose de no golpear los cables expuestos contra el frasco.

Limpie el jugo de limón del sensor sumergiendo los cables en un frasco de agua desionizada. Vuelva a enderezar el cable del termopar en su unión con el metal. Rocíe el radiómetro de red con agua desionizada y séquelo con toallitas absorbentes.

Levante el mástil vertical hasta su posición original. Vuelva a apretar los nuevos tornillos de fijación del riel y nivele el radiómetro de red. Aquí se representa un ejemplo de traza de temperatura medida con un termopar de alambre fino.

Esta traza muestra la necesidad de un análisis matemático para extraer la señal de estos datos en bruto. La inspección visual de estos datos revela tres o cuatro rampas primarias que terminan aproximadamente a los 12, 35, 46 y 72 segundos. Todos los componentes del balance energético siguen un patrón diurno similar, con valores máximos que se producen a mitad del día.

La radiación neta es positiva durante el día, ya que la superficie recibe más radiación de la que pierde, y negativa por la noche, ya que la superficie pierde más radiación de la que recibe. Exhibiendo la curva diurna que se espera para los días soleados de primavera en el norte de California. La densidad del flujo de calor del suelo también sigue un patrón diurno.

Es positivo durante el día, ya que la energía se conduce desde la superficie hasta el suelo, y negativo por la noche. A medida que se conduce más energía desde abajo a la superficie más fría, el flujo de calor latente sigue la curva diurna esperada sobre un cultivo con suficiente agua. Durante el buen tiempo, la radiación neta es la fuente de energía dominante para la evapotranspiración.

Por lo tanto, los valores de densidad de flujo de calor latente rastrean los cambios en la radiación neta durante el día sobre un cultivo en transpiración activa. Se espera que la mayor parte de la energía disponible durante las condiciones de radiación neta positiva se divida en densidad de flujo de calor latente en lugar de densidad de flujo de calor sensible y densidad de flujo de calor del suelo. Durante las noches ventosas, el flujo de calor latente fue cercano a cero, mientras que fue negativo durante las noches tranquilas, lo que posiblemente indica condensación.

Sin embargo, la contribución diurna al flujo de calor latente supera con creces la contribución nocturna. Por lo tanto, las incertidumbres en los valores nocturnos son interesantes, pero relativamente poco importantes. Los valores de evapotranspiración acumulada diaria concuerdan bien para la estación de renovación de superficie y un lisímetro de pesaje situados uno al lado del otro.

En un campo de trigo, los lisímetros de pesaje se consideran un estándar de oro para las estimaciones de evapotranspiración de las superficies de cultivo. En la mayoría de los días, la evapotranspiración acumulada de la estación de renovación de superficie fue ligeramente superior a los valores de la torre Lysimeter. Las mediciones representan flujos de un área más amplia que las mediciones del lisímetro, y en el momento de estas mediciones, el trigo en el lisímetro era aproximadamente 10 centímetros más corto y menos denso que las plantas y el resto del campo.

Por lo tanto, se esperaban valores de evapotranspiración más altos de la torre de flujo durante la instalación del equipo. Es importante verificar que los sensores estén devolviendo valores al registrador antes de abandonar el sitio siguiendo este procedimiento. Otras mediciones, como el potencial hídrico de las hojas, se pueden utilizar para responder a otras preguntas, como el estado hídrico de la planta después de su desarrollo.

Esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la agricultura exploraran el uso del agua a escala de campo en una variedad de cultivos.