הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

היכרות האפקטים של האטמוספרה Forcings באידוי: שילוב ניסיוני של שכבת האטמוספרה הגבול ומתחת לפני קרקע רדודה

8.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/52704

⸱

8 ביוני 2015

 ,  , 
1Civil and Environmental Engineering, Colorado School of Mines

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול לתכנון והבנייה של טנק אדמת ממשק למנהרת רוח אקלים מבוקר קטנה כדי לחקור את ההשפעות של forcings אטמוספרה באידוי מוצג. שני מיכל האדמה ומנהרת רוחם instrumented עם טכנולוגיות חיישן למדידה רציפה באתרו של תנאים סביבתיים.

תקציר

אידוי מושפע ישירות מהאינטראקציות בין האטמוספירה, פני הקרקע ותת-הקרקע. עבודה זו נועדה לחקור באופן ניסיוני אידוי בתנאי גבול פני שטח שונים כדי לשפר את ההבנה והאפיון הנוכחיים שלנו של תופעה רב-פאזית זו, כמו גם לאמת תיאוריות מספריות של חום והעברת מסה המצמידות את זרימת נאווייר-סטוקס באטמוספירה וזרימה דרסיאנית במדיה הנקבובית. נתוני הניסוי נאספו באמצעות מנגנון מיכל אדמה ייחודי שהתממשק למנהרת רוח קטנה מבוקרת אקלים. מנגנון הניסוי צויד בחבילה של טכנולוגיות חיישנים מתקדמות לאיסוף רציף ואוטונומי של לחות קרקע, תכונות תרמיות של קרקע, טמפרטורת קרקע ואוויר, לחות יחסית ומהירות רוח. ניתן להשתמש במנגנון ניסיוני זה כדי לייצר נתונים בתנאי גבול מבוקרים היטב, מה שמאפשר שליטה טובה יותר ואיסוף נתונים מדויקים בקנה מידה מעניין שאינו אפשרי בשטח. זרימת אוויר מושרית בכמה מהירויות רוח שונות על פני הקרקע הביאה להתנהגות ייחודית של העברת חום ומסה במהלך שלבי האידוי השונים.

מבוא

הבנת יחסי הגומלין בין הקרקע והאווירה היא בעל חשיבות עליונה להבנת בעיות העולם הנוכחיות רבות כגון דליפה של בחינה גיאולוגית-מוחרם פחמן דו חמצני בקרקע, שינויי האקלים, מים ואספקת מזון, זיהוי מדויק של מוקשים שלנו, והתיקון של מי תהום ואדמה. בנוסף, הבורסות העיקריות של חום ומים המניעים את התנאים מטאורולוגיים עולמיים ואזוריים להתרחש בשטח של כדור הארץ. תופעות רבות מזג אוויר והאקלים (למשל, הוריקנים, אל ניקל & # 241; o, בצורות, וכו ') מונעים בעיקר על ידי תהליכים הקשורים באינטראקציות פני השטח באטמוספרה-קרקע 1. ככל שיותר ממחצית משטח הקרקע על פני כדור הארץ הוא צחיח או צחיח- למחצה 2-4, בצורה מדויקת המתאר את מחזור המים באזורים אלו על הבסיס של חילופי חום ומים בין האוויר באטמוספרה ופני הקרקע הוא קריטי לשיפור ההבנה שלנו הסוגיות האמורות,במיוחד באזורים חשופים לבצורת ומדבור מורחבים. עם זאת, למרות עשרות שנים של מחקר, יש עדיין יישארו פערי ידע רבים בהבנה הנוכחית של איך מתחת לפני הקרקע והאווירה הרדודה אינטראקציה 5.

תהליכי תחבורה מעורבים מים נוזליים, אדי מים, וחום באדמה הם דינמיים וחזקה בשילוב עם הכבוד לאינטראקציות עם האדמה ונאכף תנאי שפה (כלומר, טמפרטורה, לחות יחסית, קרינת תרמית). דגמי העברת חום והמסה מספריים נפוץ פשטנות או להתעלם מספר המורכבויות האלה נובעות בחלקו חוסר הבדיקה והעידון של תאוריות קיימות נובעות ממחסור בנתונים ברזולוציה של זמן ומרחב גבוהים. מערכי נתונים שפותחו עבור אימות מודל לעתים קרובות חסרי מידע על אטמוספרה או מתחת לפני הקרקע קריטי לבחון כראוי את התיאוריות, וכתוצאה מכך מודלים מספריים שאינו חשבון כראוי ליבואתהליכים או נמלה תלויה בשימוש בפרמטרים הבינו היטב שמותאמים או מצויד במודל. גישה זו היא בשימוש נרחב בשל פשטותה וקלות שימוש ויש לו בחלק מהיישומים הראו הרבה הכשרון. עם זאת, גישה זו ניתן לשפר על ידי ההבנה טובה יותר של הפיזיקה שמאחורי "parameterizations להיכרך" אלה על ידי ביצוע ניסויים מבוקרים היטב בתנאים ארעיים המסוגלים חום בדיקות והעברת מים התאוריה 6.

ניסויים זהירים במעבדה מאפשר מערכי נתונים דיוק להיות שנוצרו שלאחר מכן ניתן להשתמש כדי לאמת את המודלים מספריים. הנתונים זמינים מאתרי שדה הם לעתים קרובות לא שלמים ויקרים כדי להשיג, והמידה המסוימת של שליטה הנדרשת כדי להשיג הבנה בסיסית של תהליכים ולהפיק נתונים לאימות מודל יכולים להיחשב בלתי מספקים במקרים מסוימים. ניסויים מעבדה של תופעות טבע כגון אידוי קרקע מאפשר Atmosתנאי pheric (כלומר, טמפרטורה, לחות יחסית, מהירות רוח) ותנאי קרקע (כלומר, סוג הקרקע, נקבוביות, אריזת תצורה) להיות מבוקרים בקפידה. טכניקות מעבדה רבות המשמשות ללמוד אידוי קרקע ותכונות תרמיות והידראוליות אדמה להשתמש דגימה הרסנית 7-10. שיטות דגימה הרסניות דורשות כי דגימת קרקע להיות פרקו לקבל נתונים נקודה, מניעת המדידה של התנהגות חולפת ושיבוש תכונות פיסיקליות אדמה; גישה זו מציגה שגיאה ואי ודאות לנתונים. מדידות הורסות, כמו השיטה שהוצגה כאן, לאפשר לנחישות ומחקר מדויקים יותר של התלות ההדדית של תכונות קרקע ומעבדת 11.

המטרה של עבודה זו היא לפתח מנגנון טנק אדמה ופרוטוקול הקשורים לדור של נתונים ברזולוציה מרחב ובזמן גבוהים הנוגע להשפעות של שינויים באטמוספרה ותנאים תת הקרקע באידוי חשוף אדמה. עבור עבודה זו, מנהרת רוח קטנה מסוגלת לשמור מהירות רוח קבועה וטמפרטורת ממשק עם מנגנון טנק אדמה. מנהרת הרוח וטנק אדמתם instrumented עם חבילה של מדינה של טכנולוגיות חיישן אמנות לאיסוף נתונים אוטונומיים ורציף. מהירות רוח נמדדת באמצעות צינור פייט סטטי נירוסטה מחובר למתמר לחץ. טמפרטורה ולחות היחסית בפיקוח באווירה באמצעות שני סוגים של חיישנים. לחות וטמפרטורה יחסית גם בפיקוח על פני השטח האדמה. חיישנים בלחות קרקע המדד מתחת לפני הקרקע והטמפרטורה. מדידות משקל של מנגנון הטנק משמשות כדי לקבוע אידוי באמצעות מאזן מסת מים. כדי להדגים את תחולתו של מנגנון זה ניסיוני ופרוטוקול, אנו מציגים דוגמא של אידוי חשוף אדמה בתנאי מהירות רוח משתנים. טנק האדמה, ארוז הומוגנית עם חול מאופיין היטב, היה בתחילה sa מלאturated ואיפשר להתאדות באופן חופשי תחת תנאים אטמוספריים מבוקרים בקפידה (כלומר טמפרטורה, מהירות רוח).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הערה: בדיקות מעבדה מתבצעת באמצעות טנק בקנה מידה דו ממדי ספסל ממשק עם מנגנון מנהרת רוח אקלים מבוקר. שני הטנקים בקנה מידה ספסל ומנהרת רוחם instrumented עם טכנולוגיות חיישן שונות. הפרוטוקול הבא ראשון ידון בבנייה וההכנה של טנק הקרקע, ואחריו דיון במנהרת הרוח והמכשור של שניהם. ממדי הטנק, ממדי מנהרת רוח, מספר החיישנים, וסוג טכנולוגית החיישן הציגו יכולים להיות שונה כדי להתאים לצרכימים של ניסיוני הגדרה ספציפית. הפרוטוקול המובא להלן שימש ללמוד בניסוי את ההשפעות של מהירות רוח באידוי חשופת אדמה.

1. בנייה והכנה של טנק קרקע נקבובית מדיה

  1. לחתוך חתיכת זכוכית אקריליק עבה 1.2 סנטימטר גדול לחמש שמשות בודדות. להרכיב שמשות אלה לתוך טנק קרקע עם גג פתוח עם אורך פנימי, רוחב וגובה של 25, 9.1 ו -55 סנטימטרים, שו"תectively. זכוכית אקריליק מאפשרת תהליכים בתת הקרקע שנצפו מבחינה ויזואלית.
  2. לצייר רשת 5 X 5 שהוא 25 סנטימטר על ידי 25 סנטימטר על כל אחד משתי שמשות הזכוכית הגדולות (אורך 25 סנטימטר וגובה 55 סנטימטרים), כפי שמוצג באיור 1. ודא שכל ריבוע בתוך הרשת יש שטח של 25 סנטימטר 2 (איור 1). הרשת תשמש למרחב כראוי החיישנים בתוך טנק האדמה.

figure-protocol-1
נוף מול סכמטי וצד של טנק הקרקע המשמש להגדרת הניסוי (ממדים בסנטימטרים) (א) צפה הקדמי של טנק האדמה בו מוצגות מערכת הרשת בהיקף של עשרים וחמישה 5 סנטימטרים X 5 סנטימטר: איור 1. ריבועים. המבט מהצד של מיכל האדמה (ב), המציג את הטמפרטורה המותקנת, לחות היחסית ורשת חיישן רטיבות הקרקע כfunction של עומק. שים לב שהשרטוטים אינם נמשכים סולם.

  1. באחד ממטוסי הזכוכית הגדולים, לקדוח כולל של עשרים וחמישה 1.9 סנטימטר (¾ אינץ ') בקוטר חורים לחיישני לחות קרקע.
    1. לקדוח כל חור במרכז כל ריבוע ברשת הוקמה בשלב 1.2 כך שהמרכזים של החורים של שני ריבועים סמוכים הם 5 סנטימטר זה מזה; הסט הראשון של חורים הוא 2.5 סנטימטר מתחת לחלק העליון של המכל. השתמש ברזים בגודל המתאים כדי לחתוך חוטים לכל אחד מהחורים החדשים שנוצרו. המרווח של 5 סנטימטר בין החיישנים מבטיח כי כל חיישן הוא מחוץ לדגימת הנפח של החיישן הקרוב הבא.
  2. באופן דומה, לקדוח והקש כולל של עשרים וחמישה .635 סנטימטר (¼ אינץ ') בקוטר חורים במרכזו של כל תיבת רשת שנוצרה במהלך שלב 1.2. ודא שמרכזו של כל חור במרווחים של 5 סנטימטר עם השורה הראשונה של חורים ממוקמים 2.5 סנטימטרים מתחת לחלק העליון של מיכל האדמה. המרווח של 5 סנטימטר בין החיישנים מבטיח כי כל זהאנסור הוא מחוץ לדגימת הנפח של החיישן הקרוב הבא.
  3. בחלונית אקריליק משמשת כתחתית המכל, התרגיל והקש חור בקוטר ½ אינץ 'אחד באמצע חלונית. דבק מסך רשת (עדין יותר קרקעות המבחן לשימוש) מעל החור בצד הפנימי של הזכוכית. בצד החיצוני של המטוס התחתון, להתקין 90 ° מרפק שמחובר לצינור גמיש עם שסתום להתאמה. שסתום וצינור זה משמש לניקוז מים מהמכל בסיום ניסוי או כדרך להתקנת מכשירי ראש קבועים לשמירה על עומק מי תהום קבועה.
  4. להשתמש בדבק כיתה ימי או דבק דומה עמיד במי פולימר לצרף ולאטום את המכל יחד כפי שמוצג באיור 1. אפשר הדבק לרפא ליום אחד.
  5. כדי להעלות את הטנק משל הקרקע ולפנות מקום למרפק 90 מעלות (איור 1), לצרף שתי חתיכות נוספות של זכוכית אקריליק 1.2 סנטימטרים עובי עם lengtסנטימטר 12 שעות ו -5 סנטימטרים גובה לתחתית המכל.

2. בנייה והכנה של מנהרת רוח האקלים מבוקרת

  1. לבנות את החלק במעלה הזרם ארוך 215 סנטימטר של מנהרת הרוח מחומר ducting פלדה מגולוונת מלבני שיש רוחב של 8.5 סנטימטר וגובה של 26 סנטימטר. הקף את החלק החיצוני של הצינור עם בידוד קלקר.
  2. לקדוח חור קטן בצד השני של עבודת הצינור ליד היציאה במורד הזרם של החלק במעלה הזרם של מנהרת הרוח להחדרת חיישן לחות בטמפרטורה יחסי (איור 2).

figure-protocol-2
איור 2:. ניסיוני הגדרה מלאה, כוללים טנק, לצינור, רשת חיישנים (ממדים בסנטימטרים) השלם להגדיר ניסוי של מנגנון מנהרת רוח ואדמת טנקים בשילוב. מנהרת הרוח היאגבוה ויושב מיושר עם פני השטח של טנק האדמה. טנק קרקע instrumented עם רשת של חיישנים המשמשים למדידת מגוון רחב של תת הקרקע ומשתנים באטמוספרה. חוגי הרשת מייצגים את המיקומים להוספת חיישנים אלה. מערכת בקרת חימום ומאוורר צינור-קו במשמשים לשליטה במהירות טמפרטורה ורוח, בהתאמה. הצינור פייט סטטי משמש למדידת מהירות רוח. כל המנגנון יושב על סולם שקלול להשיג מאזן מסה במהלך ניסויים. שים לב שסכמטי לא נמשך סולם.

  1. התקן חמישה גופי חימום אינפרא אדום קרמיקה ממוקמים במקביל בתוך רפלקטור לאורכו של החלק במעלה הזרם של מנהרת הרוח. חבר את גופי חימום אינפרא אדום למערכת בקרת טמפרטורה מוסדרת על ידי חיישן טמפרטורה אינפרא אדום.
  2. לבנות אמצע הקטע של מנהרת הרוח משני 1.2 סנטימטר פנלי אקריליק עבים באורך וגובה של 25 סנטימטר ו- 26 סנטימטרים בהתאמה.לקדוח שני .635 סנטימטר (¼ אינץ ') בקוטר חורים באחד הפנלים באמצע הקטע להכניס טמפרטורה ו / או חיישני לחות בטמפרטורה יחסי במקומות שמוצגים באיור 2.
    1. אבטח את לוחות אקריליק לחלק העליון של קירות צד טנק קרקע (כלומר, פנלים עם ממדים של 25 סנטימטרים X 55 סנטימטרים) באמצעות דבק חזק, על מנת להבטיח כי מנהרת הרוח ופנלים טנק האדמה לשבת סומק אחד עם השני.
  3. לבנות 50 סנטימטרים הראשונים של החלק במורד הזרם של מנהרת הרוח מחומר התעלות מלבניות אותו גודל שמתואר בשלב 2.1. בצד מסתיים, להפחית את חומר תעלות המלבני לצינור עגול 15.3 סנטימטרים קוטר עם אורך של 170 סנטימטר. התקן מנחת פלדה מגולוונת, המשמש לכוונון מהירות רוח, בסופו של הדבר הרבה במורד הזרם של הצינור העגול לסיוע בבקרת מהירות רוח.
  4. כמו בשלב 2.2, לקדוח חור בקוטר סנטימטר אחד .635 בצד השני של הצינור המלבני במורד הזרם בסמוך לכניסה להחדרת חיישן לחות בטמפרטורה יחסי. לקדוח חור בקוטר .635 סנטימטר שני מהחלק העליון של הצינור המלבני לאורך האמצע של מנהרת הרוח.
  5. התקן אוהד צינור בקו-באמצע הצינור העגול (כלומר, 85 סנטימטר במורד הזרם מהירידה המתוארת בשלב 2.4) אוריינטציה לגרש אוויר מהחלק במורד הזרם של מנהרת הרוח. ממשק אוהד עם בקר מהירות משתנה לשליטה מדויקת יותר של תדירות סיבוב וכתוצאת מהירות רוח.
  6. להשתמש בחומר weldment ויחידות מדפים מתכווננים לרומם ולהבטיח את מנגנון מנהרת רוח. ודא שהתחתית לצינור במורד הזרם מיושר עם החלק העליון של מיכל האדמה (איור 2).

3. התקנת חיישנים

  1. לפני ההתקנה בתוך טנק האדמה, לאבטח כל לחות קרקע וחיישן טמפרטורה בתוך דיור NPT הליכי (1.9 סנטימטר וסנטימטר .635 מעטה, בהתאמה) וseאל עם איטום מהבהב כדי למנוע חדירת לחות. אין להשתמש במוצרי איטום מבוסס סיליקון כפי שהם יכולים להפריע לאלקטרוניקה בתוך כמה חיישנים. לרפא את החיישנים כלשבוע.
  2. לפני ההתקנה במכל האדמה, לכייל את חיישני רטיבות קרקע בהתאם לשיטת לישת α שתי נקודות שפותחה על ידי Sakaki et al. 12.
  3. לעטוף את החוטים של כל דיור NPT עם קלטת שרברבים לפני ההתקנה במכל כדי לעזור לספק חותם טוב יותר בין השחלה NPT וזכוכית אקריליק.
  4. התקן כולל של 25 חיישני רטיבות קרקע וטמפרטורה כל אופקי דרך הקירות של הטנק במיקומים שנידונו בשלב 1.2. לסובב את כבלי החיישן מסונכרנים עם הולם / דיור NPT כדי לא לגרום נזק לחיווט הפנימי בתוך הכבלים. אל NPTs כדי למנוע מעל מומנט הזכוכית מפיצוח. חבר את חיישני רטיבות קרקע וחיישני טמפרטורה לנתונים שיועדו להםחוטבי עצים.
  5. התקן 3 חיישני לחות בטמפרטורה יחסי על פני הקרקע במרחקים של 2.5, 12.5 ו 21.5 סנטימטר מהקצה המוביל של הטנק. הנח את החיישנים בקשר טוב עם משטח הקרקע, כך שקריאת לחות היחסית משקפת את התנאים על פני השטח קרקע ולא באוויר שמסביב. חבר את החיישנים לאוגרי נתונים.
  6. כדי להשיג את הטמפרטורה הנדרשת האוויר ומדידות לחות היחסית באווירה, להתקין חיישני לחות בטמפרטורה יחסי בזרימה החופשית של סעיף מנהרת הרוח, באמצעות החורים שנקדחו דרך קטעי מעלה או במורד מנהרת הרוח, כמו גם את הלוחות.
  7. התקן צינור פייט סטטי ישירות במורד זרם של טנק האדמה דרך החור שנקדח .635 סנטימטר בחלק העליון של סעיף מנהרת רוח במורד הזרם. החזק את הצינור פייט-סטטית בגובה של 13 סנטימטרים מהרצפה של הסעיף. חבר את הצינור פייט-סטטית למתמר לחץ ההפרש.
  8. Calibratדואר מתמר לחץ ההפרש. הלחץ דינמי אמצעי צינור פייטו-סטטית אשר מוגדר כהפרש של הקיפאון ולחצי סטטי. ההפרש הלחץ מתפרש על ידי מתמר הלחץ כהפרש מתח.
    1. מדוד את המתח בשום תנאי זרימה (מתח צריך להיות שווה בערך 0) ולזרימה של לחץ דינמי ידוע; זה מאפשר קשר לינארי שיוקם בין לחץ ומתח דינמיים. לקבוע מהירות רוח על ידי יישום המשוואה של ברנולי:
      figure-protocol-3 (1)
      שבו V (מ '/ שנייה) היא מהירות רוח, לחץ דינמי דינמי P (אבא) הוא, וρ (קילוגרם / מ 3) היא צפיפות האוויר.
    2. השווה את המהירות מחושבת באמצעות משוואה (1) עם מכשיר מדידה אחרת. כאן, להשוות tra לחץ ההפרש הצינור פייט-סטטיתnsducer עם הלייזר דופלר velocimetry (LDV) מדידות שיש דיוק של ± 0.01 מ '/ שנייה.
      הערה: ניתן למצוא סיכום של חיישנים המועסקים ותדרי הדגימה הקשורים בם בטבלה 1 לקבלת מפרטי חיישן ומידע נוסף, עיין בחומרים מצורפים / רשימת הציוד..
חיישן מדידות חיישן מספר חיישנים המועסקים במכשירים ניסויי תדר דגימת החיישן (דקות)
EC-5 לחות קרקע 25 10
ECT אדמה / טמפרטורת אוויר 25 10
SH-1 תכונות תרמיות 1 10
EHT לחות יחסית / טמפרטורה 5 10
מצלמת אינפרא אדום טמפרטורת פני השטח / אידוי 1 1
מצלמה דיגיטלית ויזואליזציה של חזית ייבוש 1 60
צינור סטטי פיתות מהירות רוח 1 10
בקנה מידה שקילה אידוי / שיעור אידוי מצטבר 1 10

טבלה 1: סיכום של חיישנים המשמשים בחלק ניסיוני של מחקר הנוכחי.

4. חבילת קרקע הטנק ולהתכונן לתחילת הניסוי

  1. לפני אריזת המכל עם אדמה, לבדוק את שלמותה על ידי ביצוע בדיקת דליפה. מלא את המכל עם מים ולחכות 4-6 שעות כדי לוודא ששום דליפות במבנה או החיישנים פיתחו.
    1. אם הדלפות לפתח, לנקז את המכל, הנח לו להתייבש במשך הלילה ולתקן דליפות באמצעות אותה מ 'דבק arine שימוש במהלך הבנייה מקורית. אם אין דליפות לפתח, לנקז את מיכל האדמה ולהתכונן לשלבים הבאים.
  2. לקבוע את הנפח הכולל של הטנק עם חיישנים במקום. למלא בזהירות את המכל עם מים באמצעות גליל סיים, והקפד לרשום את כמות מים המוסף. להמיר את הנפח הכולל שנרשם לסמ"ק לשימוש בשלב 4.5.
  3. להשיג אדמה יבשה לארוז טנק האדמה. לאפיין את התכונות הידראוליות ותרמית של האדמה נבחרה בנפרד בהתאם לשיטות שנדונו בet al סמיתס. 11
  4. זהירות רטובה לארוז טנק האדמה באמצעות אדמה ומים ללא יונים.
    1. , כדי להרטיב לארוז טנק האדמה לשפוך ראשון כ 5 סנטימטר של מים לתוך הטנק. לאט לאט להוסיף אדמה יבשה למים במכל, באמצעות הסקופ, במרווחי עומק 2.5 סנטימטר. רשום את המשקל של החול הוסיף במהלך כל מעלית כך הנקבוביות של אריזת האדמה יכולה להיות מחושבת.
    2. עם ההשלמהשל כל שכבה, הקש שוב ושוב על קירות המכל באמצעות פטיש גומי, 100-200 פעמים, כדי להשיג צפיפות בצובר אחידה לאורך כל דרך. בעוד הקשה, להימנע ממגע עם החיישנים וחוטי חיישן. השימוש במכשירי רטט יש להימנע כדי לא לגרום נזק לרשת של חיישנים רגישים.
  5. עם השלמת אריזת הטנק, לסכם יחד המשקולות של כל שכבת אדמה (ראה שלב 4.4) כדי לקבל את המסה הכוללת של קרקע. מחלקים את המסה הכוללת של הצפיפות בצובר של אדמה (למשל הצפיפות בצובר של חול קוורץ היא 2.65 גר '/ סנטימטר 3) כדי לקבוע את עוצמת הקול של החול (V של, 3 סנטימטר). חישוב הנקבוביות (η, מ '3/3 מ') של האדמה במכל על פי:
    figure-protocol-4 (2)
    שם (V T, מ '3) הוא הנפח הכולל של המכל הריק שנקבע בשלב 4.2.
  6. ברגע שהטנק הוא ארוז באופן מלא, למקם כיסוי פלסטיק כגון ניילון נצמד מעל הטנק עד הניסוי הוא מוכן להתחיל כדי למנוע ההתפרצות של אידוי.
  7. מניחים את המכל בקנה מידת שקלול לפקח אובדן מים מצטבר שיכול בתורו לשמש לחישוב שיעור אידוי.
  8. לחשב את שיעור אידוי לשעה על ידי חלוקת המשקל לשעה על ידי המוצר של הצפיפות של מים ואזור חתך הרוחב של פני השטח מתאדה.

5. להתחיל את הניסוי ובגין איסוף נתונים

  1. ברגע שההגדרה היא מוחלטת, לקבוע את התנאים הרצויים באטמוספרה (טמפרטורה כלומר, מהירות רוח). ודא שאוגרי נתונים ומערכות נתונים רכישה אחרות מופעלים ומוגדר המרווחים הנכונים דגימה (למשל, כל 10 דקות).
  2. להפעיל את מערכת אוהד ובקרת הטמפרטורה. לאפשר תנאי האקלים לאזן לפני הסרת כיסוי הפלסטיק על פני השטח של יםמיכל שמן. הפעל את הניסוי לכל האורך הרצוי של זמן (למשל, 15 ימים).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מטרת הניסוי שהוצג כאן הייתה כדי לחקור את ההשפעה של מהירות רוח באידוי מאדמה חשופה. מאפיינים עיקריים של אדמת המבחן השתמשה במחקר הנוכחי מסוכמים בטבלה 2. סדרה של ניסויים בוצעו שבתנאי שפה שונות על פני השטח האדמה (כלומר, מהירות רוח וטמפרטורה) יושמו (לוח 3). למרות ארבעה ניסויים במהירויות רוח שונות וטמפרטורות בוצעו, רוב תוצאות ניסויים שהוצגו כאן הם למהירות רוח של 1.22 מ '/ שנייה. נתוני אידוי מצטברים מוצגים לכל ארבעת ניסויים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

המטרה של פרוטוקול זה הייתה לפתח מנגנון ניסיוני ונהלים הקשורים לדור של נתונים ברזולוציה גבוהים מרחב ובזמן הנדרש ללימוד אינטראקציות ארץ-אטמוספרי ביחס לחום ותהליכי העברה המוניים. המנגנון הניסיוני תיאר כלל טנק אדמה ומנהרת רוח קטנה, אשר שניהם היו לבוש עם מערך של חיישנים למדידת משתני קרקע ואטמוספרה רלוונטיים (למשל, מהירות רוח, לחות יחסית, קרקע וטמפרטורת אוויר ולחות קרקע ). להלן חלק מהרכיבים הקריטיים ביותר של הפרוטוקול שהוצג במחקר זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

מחקר זה מומן על ידי צבא ארצות הברית מחקר משרד פרס W911NF-04-1-0169, הנדסת מרכז המחקר ופיתוח (ERDC) והקרן הלאומית למדע אוזניים 1,029,069 מענק. בנוסף, מחקר זה נתמך על ידי תוכניות קיץ במחקר לתואר ראשון להעניק מבית הספר בקולורדו של מכרות. המחברים מבקשים להודות ריאן Tolene ופול שולטה על תרומתם.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
חיישן לחות קרקע ECH2O EC-5 (25)Decagon Devices Inc. Decagon.com40593לפרטים בקר: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. תדירות הדגימה במרווחים של 10 דקות, הדיוק הוא ± 3%, ולאסוף נתונים באמצעות Em50 dataloggers
ECT חיישן טמפרטורת קרקע/אוויר (19)Decagon Devices Inc. Decagon.com40651למפרטים בקר http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. תדירות הדגימה במרווחים של 10 דקות, הדיוק הוא ± 0.5  ° C, למדוד בטמפרטורה של 5 ו-40  ° C, ולאסוף נתונים באמצעות
חיישן לחות וטמפרטורה יחסית EHT EHT (5)Decagon Devices Inc. Decagon.comN/Aבמרווחים של 10 דקות, הדיוק הוא ± 3% בין 5% ל-100% לחות יחסית, ולאסוף נתונים באמצעות אוגרי נתונים Em50. למידע נוסף בקר decagon.com
Em50 Data Logger (10)Decagon Devices Inc. Decagon.com40800לפרטים בקר http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. התקני ECH2O דקגון, מושך נתונים מחיישני ECT, EC-5 ו-EHT, ולכל לוגר נתונים יש 5 חיבורי חיישנים ויציאת com המתחברת מהלוגר ל-USB למחשב
משקל Sartorius (1)Sartorius Corporation11209-95Sartorius דגם 11209-95, טווח = 65  kg, רזולוציה = ± 1  g
סלמנדרן אינפרא אדום מחמם קרינה קרמי (1)Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/FTE 500-2405 תנורי חימום נדרשים, התאם כדי לקבל את טמפרטורת הסביבה/זרימה חופשית הנכונה
2104 מערכת בקרת טמפרטורה (1)Chromalox2104שולטת בתנורי החימום
 
 
 
 
 
 
ווסת חיישן טמפרטורה אינפרא אדום (1)Exergen CorporationN/Aעוקב אחר טמפרטורות
[header]
צינור פיטו-סטטי מנירוסטה (1)Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/סדרה 160לפרטים בקר http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160. תדר דגימת החיישן הוא כל 10 דקות, יש לחבר אותו למתמר לחץ דיפרנציאלי ולמד רוח, ולהמיר את נתוני הלחץ שנאספו למהירויות ניצחון באמצעות משוואת ברנולי.
1/2 אינץ' אקריליק (1)Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/N/Aחום ספציפי של 1,464  J  kg-1  K-1, מוליכות תרמית של 0.2  W  m-1  K-1, וצפיפות של 1,150  ק"ג  m-3
חומר צינורות פלדה מגולוון (1)הום דיפוN / Aחומר המשמש לבניית מנהרת רוח, ותעלות עגולות ומלבניות שימשו בבנייה וחוברו באמצעות צינור מפחית מרובע לעגול
בקר מהירות משתנה מחובר למאוורר צינור בשורה (1)Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/VS200בקוטר 15.3 ס"מ ממוקם בשורה עם צינור
עגולבולם פלדה מגולוונת (1)הום דיפוN/Aמשמש לשליטה/הפחתת מהירויות במנהרת הרוח לנתוני מהירות נמוכה
Accusand #30/40 (1)Unimin Corporation http://www.unimin.com/N/Aחול זה הוא חול סיליקה והוא 99.8% קוורץ, צורת הגרגר שלו מסווגת כמעוגלת, מקדם האחידות הוא כ-1.2, וצפיפות התבואה היא 2.66  g/cm3.
תדירות דגימה המחממים

מקורות

  1. Surface and Planetary Boundary Layer. Web. , Available from: http://www.esrl.noaa.gov/research/themes/pbl/ (2014).
  2. Verstraete, M. M., Schwartz, S. A. Desertification and global change. Vegetatio. 91, 3-13 (1991).
  3. Warren, A. Desertification. The Physical Geography of Africa. Adams, W. M., Goudie, A. S., Orme, A. R. , University Press. Oxford. 342-355 (1996).
  4. Katata, G., Nagai, H., Ueda, H., Agam, N., Berliner, P. R. Development of a land surface model including evaporation and adsorption processes in the soil for the land-air exchange in arid regions. J. Hydrometeorol. 8, 1307-1324 (2007).
  5. Davarzani, H., Smits, K. M., Tolene, R., Illangasekare, T. H. Study of the effect of wind speed on evaporation from soil through integrated modeling of atmospheric boundary layer and shallow subsurface. Water Resour. Res. 50, (2014).
  6. Heitman, J. L., Horton, R., Ren, T., Nassar, I. N., Davis, D. D. A test of coupled soil heat and water transfer prediction under transient boundary temperatures. Soil Sci. Soc. Am. J. 72 (5), 1197-1207 (2008).
  7. Gurr, C. G., Marshall, T. J., Hutton, J. T. Movement of water in soil due to a temperature gradient. Soil Sci. 74, 335-345 (1952).
  8. Nassar, I. N., Horton, R. Water transport in unsaturated non-isothermal salty soil: experimental results. Soil Sci. Soc. Am. J. 53, 1323-1363 (1989).
  9. Prunty, L., Horton, R. Steady-state Temperature Distribution in Nonisothermal unsaturated closed soil cells. Soil Sci. Soc. Am. J. 58, 1358-1363 (1994).
  10. Bachmann, J., Horton, R., Ren, T., van der Ploeg, R. R. Comparison of the thermal properties of four wettable and four water-repellent soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 65 (6), 1675-1679 (2001).
  11. Smits, K. M., Sakaki, T., Limsuwat, A., Illangasekare, T. H. Thermal conductivity of sands under varying moisture and porosity in drainage-wetting cycles. Vadose Zone J. 9, 1-9 (2010).
  12. Sakaki, T., Limsuwat, A., Smits, K. M., Illangasekare, T. H. Empirical two-point α-mixing Model for calibrating the ECH2O EC-5 soil sensor in sands. Water Resources Research. 44, W00D08(2008).
  13. Shokri, N., Lehmann, P., Or, D. Evaporation from layered porous media. J. Geophys. Res. 115, B06204(2010).
  14. Van Brakel, J. Mass transfer in convective drying. Advances in Drying. Mujumdar, A. S. 1, 217-267 (1980).
  15. Yiotis, A. G., Subos, A. G. B. oudouvisA. K., Tsimpanogiannis, I. N., Yortsos, Y. C. The effect of liquid films on the drying of porous media. AIChE J. 50, 2721-2737 (2004).
  16. Ishihara, Y., Shimojima, E., Harada, H. Water vapor transfer beneath bare soil where evaporation is influenced by a turbulent surface wind. J. Hydrol. 131 (1-4), 63-104 (1992).
  17. Lehmann, P., Assouline, S., Or, D. Characteristic lengths affecting evaporative drying of porous media. Phys. Rev. E. 77 (5 Pt 2), 056309(2008).
  18. Trautz, A. C., Smits, K. M., Schulte, P., Illangasekare, T. H. Sensible heat balance and heat-pulse method applicability to in situ soil-water evaporation. Vadose Zone J. 13, (2014).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

היכרות האפקטים של האטמוספרה Forcings באידוי: שילוב ניסיוני של שכבת האטמוספרה הגבול ומתחת לפני קרקע רדודה
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.