Rinnovo di superficie: un metodo avanzato micrometeorologici per la misurazione e l'elaborazione del campo scala dell'energia densità di flusso di dati

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di installare un sistema di rinnovo della superficie per misurare ed elaborare i dati di densità del flusso di energia su scala di campo. Ciò si ottiene installando prima l'involucro del data logger a torre e il pannello solare sul campo. Il secondo passo è fissare i sensori alla torre.

Successivamente, i fili del sensore vengono collegati al data logger. Il passaggio finale consiste nell'interfacciarsi al data logger con un laptop, caricare il programma sul data logger e verificare che il data logger riceva segnali dai sensori. In definitiva, il rinnovamento della superficie viene utilizzato per misurare l'evapotraspirazione di un ecosistema, fornendo informazioni utili ai coltivatori per prendere decisioni di irrigazione in una varietà di ecosistemi agricoli.

Sebbene il metodo fornisca informazioni per quanto riguarda l'uso agricolo e urbano dell'acqua, ha anche applicazioni per quanto riguarda gli ecosistemi naturali, ad esempio nella silvicoltura e nelle zone umide. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla gestione dell'irrigazione perché l'evapotraspirazione è la principale causa di perdita d'acqua dai sistemi di produzione agricola. In genere, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché non sanno come installare l'apparecchiatura o verificare che funzioni correttamente.

Abbiamo avuto l'idea di questo metodo quando le osservazioni dei dati di turbolenza ci hanno portato ad adattare il concetto di rinnovamento della superficie dall'ingegneria chimica alla scienza atmosferica. Questa procedura sarà dimostrata dai membri del nostro team, Rick Snyder e dal PA e postdoc, Arturo Calderone e Tom Chaplin. Inizia questo esperimento stabilendo la posizione della stazione di campo e valutando la direzione del vento come descritto nel protocollo di testo.

Prepara il più possibile l'attrezzatura in laboratorio prima di andare sul campo. Innanzitutto, collegare i sensori al data logger. Quindi collegare il cavo RS 2 32 tra un laptop e la porta del registratore di dati.

Aprire il programma di interfaccia per comunicare con il data logger e quindi connettersi ad esso. Quindi caricare il programma di registrazione dati chiavi in mano sul registratore di dati. Controlla i valori dei dati per tutti i sensori per vedere se tutto funziona correttamente.

Una volta identificata una posizione appropriata per la stazione nel campo di studio, allestire la torre, stabilizzare i piedi della torre utilizzando i picchetti forniti. Batti la lunga asta di messa a terra in rame nel terreno con una mini mazza in una posizione che non interferisca con il terreno. Piastre di flusso di calore.

Collegare l'asta di messa a terra alla torre utilizzando un filo di grosso spessore e i connettori forniti. Fissare l'involucro del data logger all'asse principale della torre utilizzando i bulloni a U forniti dal produttore. Installare le due piastre di flusso di calore del terreno con il punto bianco rivolto verso l'alto a una lunghezza di cinque centimetri nello spazio interfila lontano dagli emettitori di irrigazione a goccia.

Collegare i fili della piastra di flusso termico ai canali tre e quattro del data logger come sensori di ingresso differenziali. Installare la termocoppia del terreno per coprire il volume del terreno sopra la piastra di flusso di calore del suolo per tenere conto della variazione dell'accumulo di calore sopra le piastre. Collegare la termocoppia del terreno al registratore di dati sul canale cinque come sensore differenziale.

Installare il radiometro a rete sul braccio trasversale. Boma sopra il tettuccio e rivolta a sud. Collegare il radiometro di rete al registratore di dati sul canale due.

Come sensore differenziale. Installare la termocoppia a filo sottile a un'estremità del braccio trasversale e sopra il tettuccio. La temperatura dell'aria sarà campionata a termocoppie a 10 hertz.

Per queste misure vengono utilizzati in genere un diametro di 76 micron. Collegare la termocoppia a filo sottile al data logger sul canale uno come sensore differenziale in cui il filo viola va a una H, il filo rosso a una L e il filo trasparente alla massa del segnale. Installare l'anemometro sonico all'altra estremità del braccio trasversale utilizzando il nuovo raccordo del giunto della rotaia per misurare la velocità del vento tridimensionale e la temperatura sonica a 10 hertz.

Per il calcolo del flusso di calore sensibile alla varianza Eddy co. Installare l'anemometro sonico in modo che il centro dell'area di misurazione si trovi alla stessa altezza della termocoppia a filo sottile. Quindi, collegare l'alimentatore al data logger.

Collegare un laptop al data logger utilizzando la porta del cavo RS 2 32 sulla parte anteriore del data logger. Utilizzando il programma di registrazione dati chiavi in mano. Controlla i valori dei dati per tutti i sensori per assicurarti che tutto funzioni correttamente.

Svitare il nuovo giunto della rotaia e abbassare il montante verticale principale che contiene il radiometro di rete. Piegare il filo isolato della termocoppia alla sua giunzione con il cilindro metallico. Immergi con cura i fili della termocoppia esposti in un barattolo di succo di limone, facendo attenzione a non urtare i fili scoperti contro il barattolo.

Pulisci il succo di limone dal sensore immergendo i fili in un barattolo di acqua deionizzata. Raddrizzare nuovamente il filo della termocoppia alla sua giunzione con il metallo. Spruzzare il radiometro a rete con acqua deionizzata e asciugarlo con salviette assorbenti.

Sollevare il montante verticale fino alla posizione originale. Serrare nuovamente le nuove viti di fermo della guida e livellare il radiometro netto. Qui è rappresentato un esempio di traccia di temperatura misurata con una termocoppia a filo sottile.

Questa traccia mostra la necessità di un'analisi matematica per estrarre il segnale da questi dati grezzi. L'esame visivo di questi dati rivela tre o quattro rampe primarie che terminano a circa 12, 35, 46 e 72 secondi. Tutti i componenti del bilancio energetico seguono un andamento diurno simile, con valori di picco che si verificano a metà giornata.

La radiazione netta è positiva durante il giorno poiché la superficie riceve più radiazioni di quante ne perda e negativa di notte poiché la superficie perde più radiazioni di quante ne riceva. Esibendo la curva diurna prevista per le giornate primaverili soleggiate nel nord della California. Anche la densità del flusso di calore del suolo segue un andamento diurno.

È positivo durante il giorno poiché l'energia viene condotta dalla superficie al terreno e negativa di notte. Man mano che più energia viene condotta dal basso alla superficie più fredda, il flusso di calore latente segue la curva diurna prevista su una coltura con acqua adeguata. Durante il bel tempo, la radiazione netta è la fonte di energia dominante per l'evapotraspirazione.

Quindi i valori di densità del flusso di calore latente tracciano le variazioni della radiazione netta durante il giorno su una coltura in traspirazione attiva. Si prevede che la maggior parte dell'energia disponibile durante le condizioni di radiazione netta positiva sia suddivisa in densità di flusso di calore latente piuttosto che densità di flusso di calore sensibile e densità di flusso di calore del suolo. Durante le notti ventose, il flusso di calore latente era vicino allo zero, mentre era negativo durante le notti calme, indicando probabilmente la condensa.

Tuttavia, il contributo diurno al flusso di calore latente supera di gran lunga il contributo notturno. Quindi le incertezze nei valori notturni sono interessanti, ma relativamente poco importanti. I valori cumulativi giornalieri di evapotraspirazione concordano bene per la stazione di rinnovo superficiale e un lisimetro di pesatura situati fianco a fianco.

In un campo di pesatura del grano, i lisimetri sono considerati un gold standard per le stime dell'evapotraspirazione dalle superfici delle colture. Nella maggior parte dei giorni, l'evapotraspirazione cumulativa dalla stazione di rinnovo della superficie era leggermente superiore ai valori della Lysimeter.Tower. Le misurazioni rappresentano i flussi provenienti da un'area più ampia rispetto alle misurazioni del lisimetro e, al momento di queste misurazioni, il grano nel lisimetro era circa 10 centimetri più corto e meno denso delle piante e del resto del campo.

Quindi ci si aspettava valori di evapotraspirazione più elevati dalla torre di flusso durante l'installazione dell'apparecchiatura. È importante verificare che i sensori restituiscano valori al logger prima di lasciare il sito Seguendo questa procedura. Altre misurazioni, come il potenziale idrico delle foglie, possono essere utilizzate per rispondere ad altre domande, come lo stato dell'acqua delle piante dopo il suo sviluppo.

Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dell'agricoltura per esplorare l'uso dell'acqua su scala di campo in una varietà di colture.