Construction d’un bouclier Compact Low-Cost rayonnement pour capteurs de température de l’Air dans les études sur le terrain écologique

Résumé

Avec l’avènement de capteurs environnementaux petits, peu coûteux, il est maintenant possible de déployer des réseaux de capteurs pour mesurer la variation de température localisée hyper haute densité. Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour la construction d’une version compacte d’un bouclier décrites précédemment rayonnement fabriqués sur mesure pour une utilisation avec thermochrons bon marché.

Résumé

Capteurs de température faible coût sont plus utilisés par les écologistes pour évaluer les variations climatiques et changement sur des échelles écologiquement pertinentes. Bien que rentable, si ne pas déployée avec bon ensoleillement de blindage, les observations enregistrées par ces capteurs seront tendancieuse et inexacte. Blindages manufacturés sont efficaces pour réduire au minimum ce biais, mais est cher par rapport au coût de ces capteurs. Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour la construction d’une version compacte d’un bouclier de rayonnement fabriqué personnalisé précédemment décrit, qui est plus précis que les autres méthodes de blindage publiées qui tentent de minimiser les coûts de taille ou de construction de bouclier. La méthode nécessite très peu de matériel : ondulé des feuilles de plastique, ruban de papier en aluminium et attaches de câble. Un 15 cm et deux 10 cm carrés plastique ondulé sont utilisés pour chaque bouclier. Après la coupe, notation, attachant du ruban adhésif et agrafer des feuilles, les carrés de 10 cm forment le fond deux couches du rayonnement solaire bouclier, tandis que le carré de 15 cm constitue la couche supérieure. Les trois feuilles sont tenues avec colliers de serrage. Ce bouclier de rayonnement solaire compact peut être suspendu ou placé contre n’importe quelle surface plane. Il faut s’assurer que le bouclier est complètement parallèle au sol pour éviter d’atteindre le capteur de rayonnement solaire direct, causant probablement augmenté chauds biais dans les sites exposés au soleil le matin et l’après-midi par rapport à l’original, le plus grand conception. Malgré cela, les différences de températures enregistrées entre la conception d’un bouclier plus petit, compact et design original étaient faibles (diurne biais moyen = 0,06 ° C). Coûts de construction sont moins de la moitié de la conception originale de bouclier et les résultats de conception nouvelle en un instrument moins visible qui peut être avantageux dans de nombreux contextes d’écologie de terrain.

Introduction

À la lumière de réchauffement climatique anthropique, il y a eu un intérêt croissant dans l’enregistrement de température de l’air dans une variété de paramètres pour comprendre et prévoir les réactions écologiques au climat changent^1,2,3. Avec l’avènement des enregistreurs de données environnementales petit et peu coûteux (également appelés enregistreurs de données, thermochrons ou hygrochrons), il est maintenant possible de déployer des réseaux à haute densité de capteurs servant à mesurer la variation de température localisée hyper, augmentant capacité des écologistes d’observer plus directement les conditions environnementales ambiantes rencontrées par les organismes et les écosystèmes à l’étude. Par rapport à l’existant, bien calibrées et rigoureusement testés, mais clairsemée — météo permanente des stations, ces possibilités présente des réseaux afin d’évaluer les variations climatiques sur des échelles écologiquement pertinentes, mais peut réduire la précision ou comparabilité Parmi les études si incohérente ou incorrectement déployé.

Capteurs de température d’air près de la surface requièrent généralement une certain type de rayonnement solaire de blindage pour éviter le chauffage direct de l’élément sensible, qui se traduirait par mesures faussement chaleureux. Incluent des méthodes courantes pour limiter les biais de capteur : 1) à l’aide des caractéristiques environnementales existantes telles que les arbres d’ombrage⁴, 2) bias correction et l’étalonnage de capteur⁵ dérivé des corrections basées sur les propriétés thermiques des capteurs et 3) l’utilisation de fabriqués ou personnalisés fabriqués boucliers^6,7. De nombreux chercheurs choisissent d’utiliser boucliers fabriqués personnalisés en raison du déploiement facile et peu coûteuse et la nécessité dans des situations où les conditions environnementales ne fournissent pas d’ombrage naturel. Cependant, une revue de la littérature écologique a indiqué que la conception de boucliers fabriqués personnalisés varie considérablement entre les études et conceptions individuelles sont rarement testées pour la précision. Boucliers non testés peuvent être sensibles à mauvais choix de matériaux et de design qui causent un chauffage additionnel des molécules d’air autour de la sonde, absorption directe du rayonnement solaire par le capteur lui-même ou tant-conduisant à des biais moyens jusqu'à 3 ° C⁷. En revanche, les dessins simples et rentables^6,7 sont très efficaces au blindage des capteurs (biais de 1 ° C ou moins) et sont comparables aux blindages fabriqués commercialement.

Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour construire un rayonnement préfabriqués personnalisés déjà évalués bouclier⁷ pour une utilisation avec capteurs de température thermochron peu coûteux. La conception du bouclier est une modification de celui précédemment décrit et testé dans une forêt clairsemée de pins Ponderosa vitesse⁶. Dans les essais récents de plusieurs dessins ou modèles de bouclier fabriqués sur mesure, ce bouclier montagnarde-testé a entraîné les biais le plus bas lorsque jumelé avec petit thermochrons⁷, mais nous l’avons trouvé lourd et trop visible à déployer sur le terrain. Le protocole de conception proposé ici réduit les dimensions du bouclier radiations de 50 %. Une telle réduction de taille présente plusieurs avantages : 1) il est moins visible et donc moins sensibles à l’altération, 2) il peut être plus facilement utilisé dans un large éventail de paramètres écologiques où l’espace est limité (par exemple, sur des arbres de rue urbains plus petits), TI 3) est plus exacte que l’autre a publié des méthodes blindage qui tentent de minimiser la taille de bouclier ou de coûts de construction⁷et 4) c’est moins cher que la conception originale, la plus importante étant donné le nombre réduit de matériaux de construction nécessaires. Après avoir décrit les méthodes de construction, nous explorons l’effet de la réduction de la taille sur la précision du capteur par rapport à la conception originale de bouclier à l’aide des résultats d’une étude de terrain menée dans des conditions élevées de rayonnement solaire vers le bas.

Protocole

1. construction de l’écu de rayonnement

1. À l’aide d’un couteau, couper les feuilles de plastique ondulés en carrés (Figure 1 a). Un carré de 15 cm et deux carrés de 10 cm seront nécessaire pour chaque bouclier.
2. Découpes pour la couche supérieure de l’écu de rayonnement faible (Figure 1 b; image de gauche) :
   1. Sur la place de 15 cm, mesurer 4 cm d’un bord et tracez une ligne avec un crayon. Utilisez une règle comme guide pour marquer le long de la ligne. (Ci-après, « cotation » signifie à l’aide d’un couteau pour faire une coupe qui passe par une seule couche de feuille de plastique ondulée, plutôt que la totalité de la feuille). Désormais ce bord de la place sera être dénommé le « top » (Figure 1 b; image de gauche).
   2. Mesure 3,8 cm des bords perpendiculaires à la ligne de 4 cm. Utilisez une règle comme guide pour marquer le fond jusqu'à la ligne de 4 cm (Figure 1 b; image de gauche).
   3. Tracer une ligne de deux coins au-dessus de la ligne de 4 cm à la jonction des lignes 4 et 3,8 cm. Découper le long de cette ligne (Figure 1 b; image de gauche).
3. Réductions pour les couches de milieu et du bas du bouclier petit rayonnement (Figure 1 b; moyen et images à droite) :
   1. À l’aide d’un compas, tracer un carré de 6 cm au milieu de chaque carré de 10 cm (Figure 1 b; moyen et images à droite).
   2. Note tout autour de la place de 6 cm et de chaque coin du carré aux coins extérieurs de la carré de 10 cm 6 cm (Figure 1 b; moyen et images à droite).
4. Bande de papier d’aluminium permet de couvrir complètement le côté marqué de la place de 15 cm et une des places 10 cm et le côté non marqué de l’autre carré de 10 cm.
5. Avec une 1/4" mèche, percer des trous comme indiqué dans la Figure 1, dans chacune des couches bouclier.
6. Attacher un capteur de température au dessous de 10 cm carré, qui est collé sur le côté a marqué et a les deux trous percés au milieu, en exécutant l’attache de câble dans le œillet du boîtier du capteur (ou de son dispositif de fixation) et dans les trous de la sq de 10 cm uare (Figure 1).
7. Plier les feuilles.
   1. Plier la feuille de 15 cm le long des lignes a marqué. La pression peut être nécessaire dans le cas où la bande rend les côtés serré et difficile à plier.
   2. Rentrez les petits volets triangulaires à l’intérieur de la plus grande et Rabat à l’arrière. Lorsque cela est fait correctement, seulement collées côtés sont visibles du dessus. Le bord du rabat arrière doit affleurer les côtés pliées.
   3. Utilisez une autre couche de ruban d’aluminium pour fixer les côtés pliées pour le rabat à l’arrière. Les volets arrière pourraient également être agrafées ensemble, avec une agrafeuse lourde, pour plus de solidité.
   4. Prenez les feuilles de 10 cm et pincer les côtés ensemble le long de la diagonale a marqué la ligne. À l’aide d’une agrafeuse robuste, agrafez le pincé côtés ensemble (Figure 1E). Le produit final aura une forme carré-bol.
8. Lier les feuilles avec des attaches de câble de 20 cm.
   1. En commençant par la feuille de 10 cm fixée sur le côté dosé, avec trois trous, placez le côté collée. Enfilez une attache de câble dans le trou arrière gauche de deux feuilles de 10 cm. Laissez un espacement vertical de 2 cm entre les deux feuilles pour assurer la circulation d’air autour du capteur de température. Répétez cette étape pour le trou arrière droit (Figure 1E; moyen et images à droite).
   2. Prenez la feuille de 15 cm et passez une attache de câble dans les deux trous de side-by-side, à l’arrière gauche (Figure 1E; image de gauche). Fixez ce lien vers les feuilles de 10 cm, en laissant 2 cm d’espace entre la couche de 15 cm et le haut de la feuille supérieure à 10 cm. Répétez cette étape pour les deux trous de side-by-side dans le dos droit (Figure 1E; image de gauche).
   3. Enfin, passer un collier de serrage par chacun des trois trous sur le devant des feuilles (indiquées par la flèche ; Figure 1E). Serrer le collier de serrage, garantissant que l’espace est même entre toutes les trois feuilles (Figure 1F).
9. Percer des trous supplémentaires dans la partie arrière du produit final assemblé pour faciliter le montage, si nécessaire. Chaque fois que le bouclier est monté, veiller à ce que les trois feuilles était parallèles au sol.

Figure 1 : instructions étape par étape pour construire un bouclier de rayonnement petit. (A) 15 cm et 10 cm carrés sont découpés dans la grande feuille de plastique ondulé. (B) les 15 cm feuilles sont ensuite coupées et a marqué, et les feuilles de 10 cm sont marqués pour permettre le pliage du bouclier à la forme correcte. (C) des trous sont percés sur chaque feuille. (D) le capteur est lié à une des feuilles 10 cm. (E) le bouclier est assemblé à l’aide de plusieurs colliers de serrage. (F) le bouclier final est prêt pour l’installation. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Résultats

Résultats représentatifs à l’aide de thermochrons équipé de la nouvelle, plus petit bouclier design, la conception originale de bouclier plus grande et le thermochrons avec aucun bouclier de rayonnement sont indiquées dans la Figure 2 et Figure 3. Ces données ont été enregistrées à un endroit rural entièrement exposé près de Raleigh, Caroline du Nord (35.728 ° N 78.680 ° W) et ont été apposés à une station de m...

Discussion

La précision et la répétabilité des mesures de température air dépendent de l’utilisation d’un bouclier solaire approprié qui protège le capteur de rayonnement solaire direct et réfléchi. Nous décrivons ici la construction d’un tel bouclier qui est plus compact dans la taille, moins cher, ou plus rapide de construire que⁶de dispositifs similaires, décrite précédemment, sans sacrifier la précision. 94 % des températures enregistrées pour le thermochrons équipé avec le plus petit bouclier étaient 1,...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Ruban adhésif en papier d’aluminium polyvalent	Nashua	1087671	48 mm largeur
8 » attaches de câble	DTOL	GEN86371	NA
Feuille de plastique ondulée	Highway Traffic supply	hts18X24COROW	Feuille blanche 18"L x 24"W, paquet de 5
couteaux utilitaires standard	NA	NA	NA
Ciseaux standard	NA	NA
Agrafeuse à usage intensif	Swingline	552277715	NA