מאמר שיטה

בניית מגן קרינה נמוכים קומפקטי לחיישני הטמפרטורה בלימודי שדה אקולוגי

DOI:

10.3791/58273

⸱

6 בנובמבר 2018

 ,  , 
1U.S. Geological Survey, Southeast Climate Adaptation Science Center, 2Department of Applied Ecology, NC State University, 3Department of Entomology and Plant Pathology, NC State University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עם כניסתו של חיישנים הסביבה קטן, בעלות נמוכה, עכשיו זה אפשרי לפרוס רשתות בצפיפות גבוהה של חיישנים למדידת טמפרטורה מקומי hyper וריאציה. כאן, אנו מספקים מתודולוגיה מפורטת לבניית גרסה קומפקטית של מגן קרינה שתואר לעיל מפוברק-מותאם אישית לשימוש עם thermochrons זולה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חיישני טמפרטורה בעלות נמוכה משמשים יותר ויותר על ידי האקולוגים להעריך וריאציה אקלימיים ולשנות על סולמות רלוונטי מבחינה אקולוגית. למרות חסכונית, אם לא נפרס עם קרינת השמש תקין מיגון, התצפיות הקליטה של חיישנים אלה תהיה מוטה ולא מדויק. מגני קרינה מיוצרים יעילים מזעור הנטיה הזו, אבל הם יקרים בהשוואה לעלות של חיישנים אלה. כאן, אנו מספקים מתודולוגיה מפורטת לבניית גרסה קומפקטית של מגן קרינה מפוברק מותאמות אישית כמתואר לעיל, אשר מדוייק יותר שיטות מיגון שפורסמו אחרות מנסות להקטין עלויות גודל או בנייה מגן. השיטה דורשת מעט מאוד חומר: גלי יריעות פלסטיק, סרט הדבקה רדיד אלומיניום, קשרים כבל. 15 ס מ אחד וריבועים שני 10 ס מ של פלסטיק גלי משמשים עבור כל מגן. לאחר חיתוך, ניקוד, מקליטה והידוק של הגליונות, יוצרות הריבועים 10 ס מ בתחתית שתי שכבות של הקרינה הסולרית מגן, ואילו הכיכר 15 ס מ טפסים השכבה העליונה. משלושת המצעים מתקיימים יחד עם קשרים כבל. מגן קרינה סולרית קומפקטית זה יכול להיות מושעה, או נגד כל משטח שטוח. יש לנקוט על מנת להבטיח כי המגן לחלוטין מקבילה לקרקע כדי למנוע ישירה קרינת השמש מלהגיע החיישן, ועלולה גדל הטיות חמים באתרים החשופים בבוקר ואחר הצהריים ביחס המקורי, גדול יותר עיצוב. למרות זאת, הבדלים בטמפרטורות המוקלטת בין העיצוב מגן קטן, קומפקטי התכנון המקורי היו קטנים (כלומר בשעות היום הטיה = 0.06 ° C). עלויות הבנייה הם פחות מחצי העיצוב מגן המקורי, ואת התוצאות עיצוב חדש במכשיר פחות בולט עשוי להיות יתרון בהגדרות אקולוגיה שדה רבים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לאור ההתחממות הגלובלית אנתרופוגניים, היו עניין הולך וגובר ההקלטות טמפרטורת האוויר במגוון של הגדרות כדי להבין ולנבא אקולוגי התגובות האקלים שינוי1,2,3. עם כניסתו של רשומות נתוני הסביבה קטן, בעלות נמוכה (המכונה גם אוגרי נתונים, thermochrons או hygrochrons), עכשיו זה אפשרי לפרוס רשתות בצפיפות גבוהה של חיישנים למדידת טמפרטורה מקומי hyper וריאציה, הגדלת היכולת האקולוגים לצפות יותר ישירות לתנאי הסביבה הסביבה מנוסים על ידי האורגניזמים ושל מערכות אקולוגיות שנבחנה. לעומת הקיים, המכויל היטב ונבדק בקפדנות — אבל בדלילות מבוזר – מזג אוויר קבוע תחנות, הזדמנויות נוכח רשתות כאלה כדי להעריך אקלימיים וריאציה על סולמות רלוונטי מבחינה אקולוגית, אבל עשוי להפחית את הדיוק או comparability בין מחקרים אם באופן בלתי עקבי או באופן בלתי הולם לפרוס.

חיישני טמפרטורה ליד משטח האוויר מצריכים בדרך כלל סוג של קרינת השמש מיגון למניעת חימום ישיר של רכיב חיישן, פעולה שעלולה להוביל מדידות בטעות חמים. דרכים נפוצות כדי להגביל את חיישן הטיה כוללות: 1) באמצעות אלמנטים סביבתיים קיימים כגון עצי הצללה4, 2) הטיה תיקון, כיול חיישן5 שנגזרו תיקונים בהתאם את מאפייני חיישנים תרמיים, ושימוש 3) מיוצר או מותאמת אישית מפוברק שילדס6,7. חוקרים רבים לבחור השימוש במגנים מפוברק מותאם אישית בגלל פריסה בעלות נמוכה וקלה, והצורך במצבים שבהם תנאי הסביבה אינם מספקים הצללה טבעית. עם זאת, סקירה של הספרות אקולוגי ציינו כי עיצוב מותאם אישית מגינים מפוברק משתנה מאוד בין מחקרים, עיצובים אישיים נבדקים לעתים נדירות עבור דיוק. שלא נבדקו המגנים יכולים להיות רגישים לבחירה המסכן של חומרים ועיצוב לגרום חימום נוסף של מולקולות אוויר מיד המקיפים את חיישן, במסלול הקליטה הישירה של קרינת השמש על-ידי החיישן עצמו או שניהם-המוביל הטיות ממוצע של עד 3 מעלות C-7. מצד שני, עיצובים פשוטים וחסכוניים6,7 די יעיל מיגון חיישנים (הטיות של 1 ° C או פחות), דומות מגני קרינה מיוצרים באופן מסחרי.

כאן, אנו מספקים מתודולוגיה מפורטת לבניית מגן קרינה מפוברק בעבר הערכה מותאמת אישית7 לשימוש עם חיישני טמפרטורה thermochron זולה. העיצוב מגן הוא שינוי של אחד בעבר תיאר ונבדק ביער פונדרוזה אורן פתוח הגדרת6. בבדיקות האחרונות של מספר עיצובים מפוברק-מותאם אישית מגן, מגן כיערות-נבדק זה הביא הטיות הנמוך ביותר כאשר יחד עם thermochrons קטן7, אבל מצאנו את זה מסורבל ולא בולט מדי כדי לפרוס בשטח. פרוטוקול העיצוב המוצע כאן מפחית את הממדים של המגן קרינה ב-50%. ירידה בגודל כזה יש מספר יתרונות: 1) זה פחות בולט, ולכן פחות רגישים שלא כדין, 2) ניתן יותר יתכן כבניין להשתמש במגוון רחב יותר של הגדרות אקולוגי שהמקום בהם מוגבל (למשל, על עצים ברחוב עירוני קטן יותר), 3) it הוא מדויק יותר מאשר השני לאור שיטות מיגון לנסות למזער את גודל מגן או עלויות הבנייה7, 4) זה זול יותר מאשר התכנון המקורי, גדול יותר עקב כמות מופחתת של חומרי בנייה נדרש. לאחר לתאר את שיטות הבנייה, אנו חוקרים את השפעת הפחתת גודל על חיישן דיוק ביחס לעיצוב מגן המקורי באמצעות תוצאות ניסוי שדה שנערך תחת תנאי קרינת השמש כלפי מטה גבוהה.

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

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. בניית מגן קרינה

  1. באמצעות סכין יפנית, חותכים את יריעות פלסטיק גלי לריבועים (איור 1 א'). יהיה צורך למגן כל ריבוע 15 ס מ אחד, שני ריבועים 10 ס מ.
  2. חתכים על השכבה העליונה של המגן קרינה קטן (איור 1B; תמונה משמאל):
    1. על הכיכר 15 ס מ, למדוד 4 ס מ מקצה אחד, לצייר קו עם עיפרון. השתמש ישר כמו סרגל כמדריך להבקיע לאורך הקו. (בזאת, "ניקוד" אומר באמצעות סכין לעשות חתך זה עובר דרך שכבה אחת בלבד של יריעת פלסטיק גלי, יותר מאשר את הגיליון כולו.) מעתה ואילך את הקצה של הכיכר יכונו בשם "למעלה" (איור 1B; תמונה משמאל).
    2. למדוד 3.8 ס מ מהשוליים הנמצאים בניצב לקו 4 ס מ. השתמש ישר כמו סרגל כמדריך להבקיע מלמטה עד לקו 4 ס מ (איור 1B; תמונה משמאל).
    3. למתוח קו בין שתי פינות מעל לקו 4 ס מ לצומת של הקווים 4 ס מ, 3.8 ס מ. חותכים לאורך הקו הזה (איור 1B; תמונה משמאל).
  3. חתכים על הרבדים האמצעי והתחתון של המגן קרינה קטן (איור 1B; התיכון וימין תמונות):
    1. באמצעות ישר כמו סרגל, צייר ריבוע 6 ס מ. במרכז כל ריבוע 10 ס מ (איור 1B; התיכון וימין תמונות).
    2. הציון בכל רחבי הכיכר 6 ס מ, ומתוך בכל פינה של 6 ס מ מרובע פינות החיצוני של 10 ס מ (איור 1B; התיכון וימין תמונות).
  4. להשתמש בקלטת רדיד אלומיניום לכסות לחלוטין את הצד הצליחו של הכיכר 15 ס מ ואת אחד הריבועים 10 ס מ, ואת הצד לא הצליחו של הכיכר 10 ס מ נוספים.
  5. באמצעות תרגיל "1/4 סיביות, קודחים חורים, כפי שמוצג באיור 1C, בכל אחת מהשכבות מגן.
  6. צירוף חיישן טמפרטורה בצד התחתון של 10 ס מ, אשר מודבקת בצד הצליחו ויש לו שני החורים הנקדח באמצע, על-ידי הפעלת את אזיקון דרך האיאלאט הדיור חיישן (או את ההתקן הרכבה) ודרך החורים כיכר 10 ס מ uare (דמות 1D).
  7. קיפול הסדינים.
    1. מקפלים את גיליון 15 ס מ לאורך הקווים הצליחו. ייתכן שיהיה צורך לחץ במקרה הקלטת הופך את הצדדים חזק וקשה לקפל.
    2. תכניס את המדפים משולש קטן בצד הפנימי של הכריכה האחורית גדולה יותר. כאשר זה נעשה כראוי, רק בדוחק הצדדים גלויים מלמעלה. חיתוך קצה הכנף האחורית יהיה מיושר עם הצדדים מקופל.
    3. השתמש שכבה נוספת של אלומיניום הקלטת כדי לאבטח את הצדדים מקופל על הכריכה האחורית. יכול גם להדק דשי גב יחד עם מהדק חזקות, כוח נוסף.
    4. לקח את הסדינים 10 ס מ וצבטתי את הצדדים יחד לאורך אלכסון הבקיע קו. בעזרת מהדק חזקות, להדק צבט את הצדדים ביחד (איור 1E). המוצר הסופי יהיה צורה מרובע-קערה.
  8. קושר את הסדינים יחד עם קשרים כבל 20 ס מ.
    1. המתחיל גיליון 10 ס מ מודבק על הצד unscored, עם שלושה חורים, מניחים בצד מצולמות למטה. חוט עניבה בכבלים דרך החור האחורי השמאלי של שני גיליונות 10 ס מ. השאירו מרווח אנכי 2 ס מ בין הסדינים שני כדי להבטיח זרימת האוויר סביב חיישן טמפרטורה. חזור על שלב זה עבור החור הנכון בחזרה (איור 1E; התיכון וימין תמונות).
    2. קח את גיליון 15 ס מ ומעבירים עניבה בכבלים דרך החורים לצד שני, נשאר מאחור (איור 1E; תמונה משמאל). לצרף את העניבה הזו גליונות 10 ס מ, גם לעזוב 2 ס מ של שטח הגיליון 15 ס מ בין החלק העליון של הגיליון העליון 10 ס מ. חזור על שלב זה עבור שני side-by-side החורים בגב נכון (איור 1E; תמונה משמאל).
    3. לבסוף, עוברים אחד אזיקון בשלושת החורים בחזית הסדינים (המוצג על ידי החץ; איור 1E). להדק את העניבה בכבלים, להבטיח החלל אפילו בין כל שלושה גיליונות (איור 1F).
  9. קודחים חורים נוספים לתוך בקצה האחורי של המוצר הסופי התאספו כדי להקל על ההרכבה, במידת הצורך. בכל מקום שבו נטענה המגן, להבטיח כי משלושת המצעים שכב במקביל לקרקע.

figure-protocol-1
איור 1: הוראות שלב אחר שלב כדי לבנות מגן קרינה קטן. (א) 15 ס מ ו- 10 ס מ ריבועים לגזור את גיליון גדול של פלסטיק גלי. (B) 15 ס מ גליונות הינם ואז לחתוך הבקיע ו הסדינים 10 ס מ ציון כדי לאפשר כיפוף של המגן על הצורה הנכונה. (ג) הם חורים שנקדחו בכל גיליון. (ד) החיישן קשורה לאחד הסדינים 10 ס מ. (ה) המגן מורכב באמצעות מספר קשרים כבל. (נ) המגן האחרון מוכן להתקנה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

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

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

נציג תוצאות באמצעות thermochrons לבוש עם החדש, עיצוב מגן קטן יותר את העיצוב המקורי מגן גדול יותר, את thermochrons עם מגן קרינה לא מוצגים באיור 2 ו 3. נתונים אלה נרשמו במיקום כפרי מלא חשוף ליד ראלי, צפון קרוליינה (35.728 ° N, 78.680 ° W), ולא הותקנו תחנת מזג אוויר קבוע המכויל היטב עם VAISALA פלטינה התנגדות האוויר רגש טמפרטורה (HMP45C) רכוב בתוך מגן רוח aspirated קרינה multiplate7.

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

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הדיוק ואת הדיר של מדידות טמפרטורת האוויר תלויים השימוש מגן שמש המתאים המגינה על החיישן מפני קרינת השמש משתקף הישירים. כאן נתאר הבנייה של מגן כזה זה יותר קומפקטי בגודל, פחות יקר או מהיר לבניית התקנים דומים שתוארו6, מבלי להתפשר על דיוק. 94% של הטמפרטורות מוקלטות עבור thermochrons לבוש עם המגן קטנים היו בתוך 1.0 C ° thermochron לבוש עם המקורי גדול יותר, הביצועים הטובים ביותר מגן קרינה, ו- 71% של התצפיות היו בתוך 0.25 מעלות צלזיוס.

העיצוב של המגן הזה, כמו זה של קודמן שלו גד...

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

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מודים אמילי Meineke על תרומתה לעיצוב המחקר המקורי ולהתנסות. אנו מודים ראיין Boyles להקלה על גישה באתרי לימוד, את התחנה נתונים. חיימה Collazo, סטיבן פרנק ו הנרי אריקה מסופקים ואנלטיקה ומגנים קרינה. גישה ללמוד באתר אושרה על ידי המשרד האקלים במדינת צפון קרוליינה. כל שימוש של שמות מסחריים, החברה או המוצר למטרות תיאורי בלבד, מעיד על ממשלת ארה ב.

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

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
סרט רדיד אלומיניום רב תכליתיNashua108767148 מ"מ רוחב
8 "קשרי כבליםDTOLGEN86371NA
יריעת פלסטיק גליאספקת תנועה בכבישמהיר hts18X24COROWגיליון לבן 18 "L x 24" W, 5 חבילות
סכין שירות סטנדרטיתNANA
NA NA מספריים סטנדרטיותNA
מהדק כבדSwingline552277715NA

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bowker, R. G. Anurans, the group of terrestrial vertebrates most vulnerable to climate change: A case study with acoustic monitoring in the Iberian peninsula. Computational bioacoustics for assessing biodiversity. , 43(2007).
  2. Walther, G. -R., et al. Ecological responses to recent climate change. Nature. 416 (6879), 389-395 (2002).
  3. Inouye, D. W. Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers. Ecology. 89 (2), 353-362 (2008).
  4. Lundquist, J. D., Huggett, B. Evergreen trees as inexpensive radiation shields for temperature sensors. Water Resources Research. 44 (4), W00D04(2008).
  5. De Jong, S. A. P., Slingerland, J. D., Van De Giesen, N. C. Fiber optic distributed temperature sensing for the determination of air temperature. Atmospheric Measurement Techniques. 8 (1), 335-339 (2015).
  6. Holden, Z. A., Klene, A. E., Keefe, R. F., Moisen, G. G. Design and evaluation of an inexpensive radiation shield for monitoring surface air temperatures. Agricultural and Forest Meteorology. 180, 281-286 (2013).
  7. Terando, A. J., Youngsteadt, E., Meineke, E. K., Prado, S. G. Ad hoc instrumentation methods in ecological studies produce highly biased temperature measurements. Ecology and Evolution. 7 (23), 9890-9904 (2017).
  8. Richardson, S. J., et al. Minimizing errors associated with multiplate radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 16 (11), 1862-1872 (1999).
  9. Anderson, S. P., Baumgartner, M. F., Anderson, S. P., Baumgartner, M. F. Radiative Heating Errors in Naturally Ventilated Air Temperature Measurements Made from Buoys. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 15 (1), 157-173 (1998).
  10. Nakamura, R., Mahrt, L. Air temperature measurement errors in naturally ventilated radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 22 (7), 1046-1058 (2005).
  11. Tarara, J. M., Hoheisel, G. -A. Low-cost shielding to minimize radiation errors of temperature sensors in the field. HortScience. 42 (6), 1372-1379 (2007).
  12. Huwald, H., Higgins, C. W., Boldi, M. -O., Bou-Zeid, E., Lehning, M., Parlange, M. B. Albedo effect on radiative errors in air temperature measurements. Water Resources Research. 45 (8), W08431 (2009).
  13. Fuchs, M., Tanner, C. B. Radiation shields for air temperature thermometers. Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).

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

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים