Renouvellement de surface : une méthode micrométéorologique avancée pour mesurer et traiter les données de densité de flux d’énergie à l’échelle du champ

L’objectif général de cette procédure est d’installer un système de renouvellement de surface pour mesurer et traiter les données de densité de flux d’énergie à l’échelle du champ. Ceci est accompli en installant d’abord la tour, l’enceinte de l’enregistreur de données et le panneau solaire sur le terrain. La deuxième étape consiste à fixer les capteurs à la tour.

Ensuite, les fils du capteur sont connectés à l’enregistreur de données. La dernière étape consiste à s’interfacer avec l’enregistreur de données avec un ordinateur portable, à télécharger le programme sur l’enregistreur de données et à vérifier que l’enregistreur de données reçoit les signaux des capteurs. En fin de compte, le renouvellement de surface est utilisé pour mesurer l’évapotranspiration d’un écosystème, fournissant des informations utiles aux producteurs pour prendre des décisions d’irrigation dans une variété d’écosystèmes agricoles.

Bien que la méthode donne des informations sur l’utilisation de l’eau à des fins agricoles et urbaines, elle a également des applications dans les écosystèmes naturels, par exemple dans la foresterie et les zones humides. Les implications de cette technique s’étendent à la gestion de l’irrigation, car l’évapotranspiration est la principale cause de perte d’eau des systèmes de production agricole. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal parce qu’elles ne savent pas comment installer l’équipement ou vérifier qu’il fonctionne correctement.

Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode lorsque l’observation des données de turbulence nous a amenés à adapter le concept de renouvellement de surface du génie chimique à la science de l’atmosphère. Cette procédure sera démontrée par les membres de notre équipe, Rick Snyder et les assistants personnels et postdoctorants, Arturo Calderone et Tom Chaplin. Commencez cette expérience en établissant l’emplacement de la station de terrain et en évaluant la direction du vent comme décrit dans le protocole textuel.

Préparez autant d’équipement que possible dans le laboratoire avant d’aller sur le terrain. Tout d’abord, fixez les capteurs à l’enregistreur de données. Fixez ensuite le câble RS 2 32 entre un ordinateur portable et le port de l’enregistreur de données.

Ouvrez le programme d’interface pour communiquer avec l’enregistreur de données, puis connectez-vous à celui-ci. Téléchargez ensuite le programme d’enregistreur de données clé en main sur l’enregistreur de données. Vérifiez les valeurs de données de tous les capteurs pour voir si tout fonctionne correctement.

Une fois qu’une position appropriée est identifiée pour la station dans le champ d’étude, installez la tour, stabilisez les pieds de la tour à l’aide des piquets fournis. Enfoncez la longue tige de mise à la terre en cuivre dans le sol avec une mini masse à un endroit qui n’interférera pas avec le sol. Plaques de flux thermique.

Connectez la tige de mise à la terre à la tour à l’aide d’un fil de calibre épais et des connecteurs fournis. Fixez le boîtier de l’enregistreur de données à l’axe principal de la tour à l’aide des boulons en U fournis par le fabricant. Installez les deux plaques de flux de chaleur du sol avec le point blanc vers le haut sur une longueur de cinq centimètres dans l’espace entre les rangs, loin des goutteurs d’irrigation goutte à goutte.

Connectez les fils de la plaque de flux thermique aux canaux trois et quatre de l’enregistreur de données en tant que capteurs d’entrée différentiels. Installez le thermocouple de sol pour couvrir le volume de sol au-dessus de la plaque de flux de chaleur du sol afin de tenir compte de la variation du stockage de chaleur au-dessus des plaques. Connectez le thermocouple de sol à l’enregistreur de données sur le canal cinq en tant que capteur différentiel.

Installez le radiomètre net sur le bras transversal. Bôme au-dessus de la canopée et pointant vers le sud. Connectez le radiomètre net à l’enregistreur de données sur le canal deux.

En tant que capteur différentiel. Installez le thermocouple à fil fin à une extrémité du bras transversal et au-dessus de la verrière. La température de l’air sera échantillonnée à des thermocouples de 10 hertz.

Ces mesures ont généralement un diamètre de 76 microns. Connectez le thermocouple à fil fin à l’enregistreur de données sur le canal un en tant que capteur différentiel où le fil violet va à un H, le fil rouge à un L et le fil clair à la masse du signal. Installez l’anémomètre sonique à l’autre extrémité du bras transversal à l’aide du nouveau raccord de joint de rail pour mesurer les vitesses du vent tridimensionnelles et la température sonique à 10 hertz.

Pour calculer le flux de chaleur sensible de la variance de Eddy. Installez l’anémomètre sonique de manière à ce que le centre de la zone de mesure soit situé à la même hauteur que le thermocouple à fil fin. Ensuite, connectez l’alimentation à l’enregistreur de données.

Connectez un ordinateur portable à l’enregistreur de données à l’aide du port de câble RS 2 32 situé à l’avant de l’enregistreur de données. Utilisation du programme d’enregistreur de données clé en main. Vérifiez les valeurs de données de tous les capteurs pour vous assurer que tout fonctionne correctement.

Dévissez le nouveau joint de rail et abaissez le mât vertical principal qui maintient le radiomètre net. Pliez le fil isolé du thermocouple à sa jonction avec le cylindre métallique. Trempez soigneusement les fils exposés du thermocouple dans un bocal de jus de citron, en veillant à ne pas heurter les fils exposés contre le bocal.

Nettoyez le jus de citron du capteur en trempant les fils dans un bocal d’eau déminéralisée. Redressez le fil du thermocouple à sa jonction avec le métal. Vaporisez le radiomètre net avec de l’eau déminéralisée et séchez-le avec des lingettes absorbantes.

Soulevez le mât vertical jusqu’à sa position d’origine. Serrez à nouveau les nouvelles vis de réglage du rail et mettez le radiomètre net à niveau. Un exemple de trace de température mesurée avec un thermocouple à fil fin est représenté ici.

Cette trace montre la nécessité d’une analyse mathématique pour extraire le signal de ces données brutes. L’inspection visuelle de ces données révèle trois ou quatre rampes principales se terminant à environ 12, 35, 46 et 72 secondes. Tous les composants du bilan énergétique suivent un schéma diurne similaire, les valeurs maximales se produisant au milieu de la journée.

Le rayonnement net est positif pendant la journée, car la surface reçoit plus de rayonnement qu’elle n’en perd, et négatif la nuit, car la surface perd plus de rayonnement qu’elle n’en reçoit. Présentant la courbe diurne attendue pour les journées printanières ensoleillées en Californie du Nord. La densité du flux de chaleur du sol suit également un schéma diurne.

Elle est positive pendant la journée car l’énergie est conduite de la surface vers le sol et négative la nuit. Au fur et à mesure que plus d’énergie est conduite d’en bas vers la surface plus froide, le flux de chaleur latente suit la courbe diurne attendue sur une culture avec suffisamment d’eau. Par beau temps, le rayonnement net est la source d’énergie dominante pour l’évapotranspiration.

Ainsi, les valeurs de densité de flux de chaleur latente suivent les changements du rayonnement net pendant la journée sur une culture en train de transpirer activement. On s’attend à ce que la majorité de l’énergie disponible dans des conditions de rayonnement net positif soit répartie en densité de flux de chaleur latente plutôt qu’en densité de flux de chaleur sensible et en densité de flux de chaleur du sol. Pendant les nuits venteuses, le flux de chaleur latente était proche de zéro, alors qu’il était négatif pendant les nuits calmes, ce qui indique peut-être de la condensation.

Néanmoins, la contribution diurne au flux de chaleur latente l’emporte largement sur la contribution nocturne. Les incertitudes sur les valeurs nocturnes sont donc intéressantes, mais relativement peu importantes. Les valeurs cumulées quotidiennes d’évapotranspiration concordent bien pour la station de renouvellement de surface et un lysimètre de pesée situés côte à côte.

Dans un champ de blé, les lysimètres sont considérés comme un étalon-or pour les estimations de l’évapotranspiration à partir des surfaces des cultures. La plupart des jours, l’évapotranspiration cumulée de la station de renouvellement de surface était légèrement supérieure aux valeurs de la Lysimeter.Tower. Les mesures représentent les flux d’une zone plus large que les mesures du lysimètre, et au moment de ces mesures, le blé dans le lysimètre était environ 10 centimètres plus court et moins dense que les plantes et le reste du champ.

Ainsi, des valeurs d’évapotranspiration plus élevées de la tour de flux étaient attendues lors de l’installation de l’équipement. Il est important de vérifier que les capteurs renvoient des valeurs à l’enregistreur avant de quitter le site en suivant cette procédure. D’autres mesures, comme le potentiel hydrique des feuilles, peuvent être utilisées afin de répondre à d’autres questions telles que l’état de l’eau des plantes après son développement.

Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de l’agriculture pour explorer l’utilisation de l’eau à l’échelle du terrain dans une variété de cultures.