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La scarsità d'acqua minaccia la sostenibilità agricola nelle regioni aride. Questa situazione probabilmente peggiorerà con il cambiamento delle condizioni climatiche e la crescente competizione tra gli enti agricoli, municipali, industriali e di conservazione per le limitate riserve idriche. Per affrontare questo dilemma in corso, i coltivatori sono alla continua ricerca di modi per migliorare l'efficienza dell'irrigazione e la tecnologia che stima meglio l'uso dell'acqua delle colture (ad esempio l'evapotraspirazione, ET) in tempo reale e migliori metodi agrometeorologici aiuteranno sicuramente questi sforzi. Le attuali tecnologie utilizzate dai coltivatori per stimare l'ET dipendono dall'uso dell'evapotraspirazione di riferimento (ET0) e di un coefficiente empirico della coltura (Kc), entrambi altamente suscettibili di errori di stima. Gli agrometeorologi misurano anche l'ET per valutare i trattamenti sperimentali per migliorare l'efficienza dell'uso dell'acqua delle colture1 e per parametrizzare le strategie regionali di allocazione dell'acqua2, ma questi metodi sono altamente tecnici e costosi. Sono attualmente in corso sforzi per tradurre gli attuali metodi di misurazione ET basati sulla ricerca in tecnologie convenienti e di facile utilizzo per i coltivatori.
Il rinnovamento della superficie (SR) è un metodo agrometeorologico utilizzato per misurare l'ET delle colture. La SR si basa sull'analisi del bilancio energetico delle particelle d'aria che risiedono in modo effimero all'interno della chioma della coltura durante il turbolento processo di scambio3, misurato con la stazione mostrata in Figura 1 e illustrato teoricamente in Figura 2 e nel Filmato 1. Le particelle d'aria si manifestano come forme simili a rampe nei dati delle serie temporali di temperatura turbolenta e l'ampiezza e il periodo delle rampe vengono utilizzati per calcolare la densità del flusso (Figure 2 e 3). Con il metodo SR, l'ET per una data superficie di coltura è determinato calcolando la densità del flusso di calore latente (LE) come residuo della seguente equazione del bilancio energetico
LE=R n-G-H,
Qui, LE è la densità del flusso di energia associata al cambiamento di fase dell'acqua dalla superficie di una coltura, Rn è la radiazione netta, G è la densità del flusso di calore del suolo (cioè l'energia condotta dentro o fuori dal terreno) e H è la densità del flusso di calore sensibile (cioè la densità del flusso di energia dalla superficie all'aria o viceversa che provoca un cambiamento di temperatura). Rn è un numero positivo quando il flusso netto è verso il basso (energia aggiunta alla superficie), LE e H sono numeri positivi quando il flusso è verso l'alto (energia aggiunta all'aria) e G è un numero positivo quando il flusso è verso il basso (energia aggiunta al suolo). LE (MJ/m2sec) viene quindi diviso per il calore latente di evaporazione (L=2,45 MJ/kg) per ottenere la densità di flusso di massa del vapore acqueo dalla superficie (cioè ET).
Le misurazioni di R, n e G sono relativamente semplici e poco costose. Le misure dirette di H sono più complesse e richiedono l'acquisizione di dati ad alta frequenza. Il metodo più comune per determinare H è con la covarianza parassita; tuttavia, l'anemometro sonico richiesto per questo metodo è costoso, complesso e, di conseguenza, non ampiamente utilizzato da agronomi, orticoltori o ingegneri per determinare H e LE. D'altra parte, l'H derivato dalla tecnica SR è ottenuto con un metodo più semplice e meno costoso, che utilizza termocoppie a filo sottile per misurare le temperature dell'aria ad alta frequenza all'interfaccia superficie-atmosfera. Nonostante la semplicità dell'SR, le misure di corrente richiedono ancora la calibrazione rispetto alla stima della covarianza parassita di H di un anemometro sonico per ottenere una densità di flusso di calore ragionevole.
Il successo dell'implementazione di una torre di flusso SR per le misure ET può essere una sfida scoraggiante, specialmente per molti ricercatori agricoli senza una formazione formale in scienze atmosferiche. Le misure di SR e eddy covariance richiedono competenze tecniche sofisticate sia nella programmazione di data logger per eseguire attività con strumentazione complessa sia nella scrittura di programmi informatici per post-elaborare i dati grezzi di turbolenza in flussi significativi. Qui descriviamo come configurare una stazione di campo, installare i sensori e utilizzare il nostro nuovo programma di registrazione dati chiavi in mano per le procedure di raccolta e post-elaborazione dei dati.