Name: Esplorare gli effetti dellinquinamento atmosferico forcing per evaporazione: Integrazione sperimentale dello strato atmosferica Boundary e Subsurface Shallow (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 27 s
Description: Scopri come studiare gli effetti delle forzanti atmosferiche sull'evaporazione utilizzando un serbatoio di suolo interfacciato con una galleria del vento climatizzata. Questo metodo consente misurazioni precise in condizioni controllate.

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Questa ricerca è stata finanziata dalla US Army Research Ufficio Award W911NF-04-1-0169, il Centro Ricerca e Sviluppo Engineering (ERDC) e National Science Foundation grant EAR-1.029.069. Inoltre, questa ricerca è stata sostenuta da un programmi estivi in ​​Undergraduate Research Grant da Colorado School of Mines. Gli autori desiderano ringraziare Ryan tolene e Paul Schulte per il loro contributo.

Nota: i test di laboratorio viene eseguita utilizzando un banco a due dimensioni del serbatoio scala interfacciato con un apparato di galleria del vento climatica controllata. Sia il serbatoio bilancia da banco e in galleria del vento sono strumentati con diverse tecnologie di sensori. Il protocollo seguente discutere innanzitutto la costruzione e la preparazione del serbatoio terreno, seguita da una discussione della galleria del vento e la strumentazione di entrambi. Le dimensioni del serbatoio, le dimensioni della galleria del vento, il numero di sensori, e il tipo di tecnologia dei sensori presentati possono essere modificate in funzione delle esigenze di uno specifico set-up sperimentale. Il protocollo presentato di seguito è stato utilizzato per studiare sperimentalmente gli effetti della velocità del vento per evaporazione nudo terreno. 1. Costruzione e preparazione di mezzi porosi serbatoio del suolo <ol><li> Tagliare un grosso pezzo di 1,2 cm di spessore vetro acrilico in cinque riquadri singoli. Montare questi riquadri in un serbatoio terreno decappottabile con interno lunghezza, la larghezza e l&#39;altezza di 25, 9.1 e 55 centimetri, respcace. Vetro acrilico permette processi nel sottosuolo da osservare visivamente. </li><li> Disegnare una griglia 5 x 5 che di 25 cm 25 cm su ciascuno dei due grandi lastre di vetro (lunghezza 25 cm e Altezza 55 cm) come mostrato in Figura 1. Assicurarsi che ogni quadrato all&#39;interno della griglia ha una superficie di 25 cm 2 (Figura 1). La griglia sarà utilizzato correttamente spazio sensori all&#39;interno del serbatoio del suolo. </li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig1highres.jpg" width="700" /> Figura 1: schematica frontale e laterale della vasca suolo utilizzato per il set-up sperimentale (dimensioni sono in centimetri) (a) La vista frontale della vasca terreno visualizzazione del sistema di rete costituita venticinque 5 centimetri x 5 cm. piazze. (B) La vista laterale del serbatoio del suolo, mostrando la temperatura installato, umidità relativa e rete di sensori di umidità del terreno come funczione di profondità. Si noti che i disegni non sono in scala. <ol start="3"><li> Su uno dei grandi aerei vetro, praticare un totale di venticinque 1,9 centimetri (¾ di pollice) di diametro per i sensori di umidità del suolo. <ol><li> Perforare ciascun foro al centro di ogni quadrato nella griglia stabilita nel passaggio 1.2 in modo che i centri dei fori di due quadrati adiacenti sono 5 cm di distanza; la prima serie di fori è di 2,5 cm sotto la parte superiore del serbatoio. Utilizzare rubinetti opportunamente dimensionate per tagliare fili in ciascuno dei fori appena creati. La spaziatura di 5 cm tra le sonde assicura che ogni sensore è al di fuori del volume di campionamento del sensore successivo più vicino. </li></ol></li><li> Allo stesso modo, forare e toccare un totale di venticinque 0,635 centimetri (¼ di pollice) fori di diametro al centro di ogni casella della griglia creato durante Fase 1.2. Assicurarsi che il centro di ogni foro è distanziato 5 centimetri a parte con la prima fila di fori trova a 2,5 cm sotto la parte superiore del serbatoio del suolo. La spaziatura di 5 cm tra le sonde assicura che ogni sensor è al di fuori del volume di campionamento del sensore successivo più vicino. </li><li> Nel riquadro acrilico utilizzato come il fondo del serbatoio, trapano e toccare un foro di diametro singolo ½ pollice al centro del pannello. Colla un setaccio a maglie (più fine i terreni di prova da utilizzare) sopra il foro sul lato interno del vetro. Sul lato esterno del piano di fondo, installare un gomito a 90 ° che è collegato al tubo flessibile con una valvola regolabile. Questa valvola e il tubo viene utilizzato per drenare l&#39;acqua dal serbatoio al termine di un esperimento o come un modo per installare dispositivi di testa costante per il mantenimento di una profondità di falda costante. </li><li> Utilizzare colla grado marino o simile polimero adesivo resistente all&#39;acqua per fissare e sigillare il serbatoio insieme come mostrato in Figura 1. Lasciare indurire l&#39;adesivo per un giorno. </li><li> Per sollevare il serbatoio fuori del terreno e fare spazio per il gomito a 90 ° (Figura 1), fissare due ulteriori pezzi di vetro acrilico di spessore 1,2 centimetri con lengtH 12 cm e altezza 5 cm dal fondo del serbatoio. </li></ol> 2. Costruzione e Preparazione del clima controllata Wind Tunnel <ol><li> Costruire lungo 215 centimetri porzione a monte del tunnel del vento di materiale canalizzazione acciaio zincato rettangolare che ha una larghezza di 8,5 cm e altezza di 26 cm. Circondare la parte esterna del condotto con isolamento polistirene. </li><li> Praticare un piccolo foro nel lato del lavoro condotto vicino all&#39;uscita valle della porzione a monte del tunnel del vento per l&#39;inserimento di un sensore di umidità-temperatura relativa (Figura 2). </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig2highres.jpg" width="700" /> Figura 2:. Completo set-up sperimentale, compreso il serbatoio, canalizzazione, sensori di rete (le dimensioni sono in centimetri) Completare sperimentale messa a punto dell&#39;apparato galleria del vento e il suolo-tank combinato. La galleria del vento èelevata e si trova a filo con la superficie del serbatoio terreno. Il serbatoio suolo è strumentato con una rete di sensori utilizzati per misurare una varietà di sottosuolo e variabili atmosferiche. I cerchi della griglia rappresentano le posizioni per l&#39;inserimento di questi sensori. Un sistema di controllo di riscaldamento e di un condotto della ventola in linea sono usati per controllare la temperatura e la velocità del vento, rispettivamente. Il tubo di Pitot-statico viene utilizzato per misurare la velocità del vento. L&#39;intero apparato si siede su una scala di ponderazione per ottenere un bilancio di massa durante la sperimentazione. Si noti che lo schema non è in scala. <ol start="3"><li> Installare cinque elementi riscaldanti infrarossi ceramica posizionati in parallelo all&#39;interno di un riflettore lungo la lunghezza della porzione a monte del tunnel del vento. Collegare gli elementi riscaldanti infrarossi ad un sistema di controllo della temperatura regolata da un sensore di temperatura a infrarossi. </li><li> Costruire la parte centrale della galleria del vento su due pannelli di spessore 1,2 centimetri acrilici con una lunghezza e un&#39;altezza di 25 cm e 26 centimetri rispettivamente.Praticare due 0,635 centimetri (¼ di pollice) di diametro in uno dei pannelli sezione centrale per inserire la temperatura e / o sensori di umidità-relative di temperatura nelle posizioni indicate nella figura 2. <ol><li> Fissare i pannelli in acrilico per la parte superiore delle pareti laterali del serbatoio del suolo (ad esempio, pannelli con dimensioni 25 centimetri x 55 cm) con un forte nastro adesivo, assicurando che la galleria del vento e pannelli serbatoio terreno sedersi a filo con l&#39;un l&#39;altro. </li></ol></li><li> Costruire i primi 50 cm della porzione a valle della galleria del vento dallo stesso formato materiale canale rettangolare descritto nel passaggio 2.1. Sul lato di terminazione, ridurre il materiale canale rettangolare ad un condotto circolare 15,3 centimetri di diametro e lunghezza 170 cm. Installare un ammortizzatore in acciaio zincato, utilizzato per regolare la velocità del vento, all&#39;estremità a valle del canale rotondo di aiuto nel controllo della velocità del vento. </li><li> Come nel passo 2.2, perforare un foro di diametro 0,635 centimetri sul lato del condotto rettangolare valle vicino all&#39;ingresso per ilinserimento di un sensore di umidità relativa temperatura. Perforare un secondo 0,635 centimetri foro di diametro dalla parte superiore del condotto rettangolare lungo la linea centrale della galleria del vento. </li><li> Installare un condotto della ventola in linea a mezzo del condotto (ad es, 85 centimetri a valle dalla riduzione descritto al punto 2.4) orientati per espellere l&#39;aria dalla parte a valle della galleria del vento. Interfaccia la ventola con un regolatore di velocità variabile per un controllo più preciso della frequenza di rotazione e di velocità del vento risultato. </li><li> Uso dei materiali di saldatura e scaffalature regolabili per elevare e fissare l&#39;apparato galleria del vento. Assicurarsi che il fondo della canalizzazioni a monte ea valle sono a filo con la parte superiore del serbatoio del suolo (figura 2). </li></ol> 3. Installazione di sensori <ol><li> Prima dell&#39;installazione all&#39;interno del serbatoio terreno, garantire ogni umidità del suolo e sensore di temperatura in un alloggiamento NPT filettata (1,9 centimetri e 0,635 centimetri alloggiamenti, rispettivamente) e seal di sigillante lampeggiante per evitare che l&#39;umidità intrusione. Non utilizzare prodotti sigillanti a base di silicone in quanto possono interferire con le parti elettroniche all&#39;interno alcuni sensori. Curare i sensori per circa una settimana. </li><li> Prima dell&#39;installazione nel serbatoio terreno, calibrare i sensori di umidità del terreno secondo la α-miscelazione metodo a due punti sviluppato da Sakaki et al. 12. </li><li> Avvolgere i fili di ogni alloggio NPT con nastro idraulici prima dell&#39;installazione in vasca per aiutare a fornire una migliore tenuta tra la filettatura NPT e vetro acrilico. </li><li> Installare un totale di 25 di umidità del suolo e di temperatura sensori ciascuno orizzontalmente attraverso le pareti del serbatoio nelle posizioni indicate nel passaggio 1.2. Intrecciare i cavi dei sensori in sincronia con la NPT / alloggi in modo da non danneggiare il cablaggio interno entro i cavi. Non over-coppia i NPTS in modo da evitare che il vetro di cracking. Collegare i sensori di umidità del suolo e sensori di temperatura ai propri dati designatilogger. </li><li> Installare 3 relativi sensori di umidità-temperatura sulla superficie del suolo a distanze di 2,5, 12,5 e il 21,5 cm dal bordo anteriore del serbatoio. Posizionare i sensori in buon contatto con la superficie del terreno in modo che le letture di umidità relativa riflettono le condizioni sulla superficie del suolo, piuttosto che l&#39;aria circostante. Collegare i sensori al data logger. </li><li> Per ottenere la temperatura dell&#39;aria necessaria e misurazioni di umidità relativa in atmosfera, installare sensori di umidità-temperatura relativi nella sezione flusso libero della galleria del vento, utilizzando i fori attraverso le sezioni a monte ea valle della galleria del vento, nonché i pannelli. </li><li> Installare un tubo di Pitot-statico direttamente a valle del serbatoio suolo attraverso il foro 0,635 centimetri praticato nella parte superiore del tratto in galleria del vento valle. Tenere il tubo di Pitot-statico ad una altezza di 13 cm dal piano della sezione. Collegare il tubo di Pitot-statico ad un trasduttore di pressione differenziale. </li><li> Calibrazè Il trasduttore di pressione differenziale. Le misure del tubo di Pitot-statico pressione dinamica che è definito come la differenza della stagnazione e pressioni statiche. Il differenziale di pressione viene interpretato dal trasduttore di pressione come differenza di tensione. <ol><li> Misurare la tensione in nessun condizioni di flusso (tensione dovrebbe essere approssimativamente uguale a 0) e per il flusso di un noto pressione dinamica; ciò permette una relazione lineare da stabilire tra la pressione dinamica e la tensione. Determinare la velocità del vento applicando l&#39;equazione di Bernoulli: <img alt="Equazione 1" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq1.jpg" width="100" /> (1) dove V (m / sec) è la velocità del vento, P dinamico (Pa) è la pressione dinamica, e ρ (kg / m 3) è la densità dell&#39;aria. </li><li> Confrontare la velocità calcolata utilizzando l&#39;equazione (1) con un altro dispositivo di misura. Qui, confrontare i TRA pressione differenziale tubo di Pitot-staticonsducer con Laser Doppler Velocimetry (LDV) misure che ha una precisione di ± 0,01 m / sec. Nota: Una sintesi di sensori impiegati e delle loro frequenze di campionamento associati si trovano nella tabella 1 Per le specifiche del sensore e altre informazioni, fare riferimento al materiale allegato / dotazioni.. </li></ol></li></ol><table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Sensor </td><td> Misure sensore </td><td> Numero di sensori impiegati in apparati sperimentali </td><td> Sensore Frequenza di campionamento (min) </td></tr><tr><td> EC-5 </td><td> Umidità del suolo </td><td> 25 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> ECT </td><td> Suolo / temperatura dell&#39;aria </td><td> 25 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> SH-1 </td><td> Proprietà termiche </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> EHT </td><td> Umidità relativa / temperatura </td><td&gt; 5 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Telecamera a infrarossi </td><td> La temperatura della superficie / evaporazione </td><td> 1 </td><td> 1 </td></tr><tr><td> Fotocamera digitale </td><td> Visualizzazione di essiccazione anteriore </td><td> 1 </td><td> 60 </td></tr><tr><td> Tubo di Pitot statico </td><td> Velocità del vento </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> Scala ponderazione </td><td> Cumulativo di evaporazione / velocità di evaporazione </td><td> 1 </td><td> 10 </td></tr></tbody></table> Tabella 1: Sintesi dei sensori utilizzati in parte sperimentale di questo studio. 4. Imballare il suolo del carro armato e prepararsi per l&#39;inizio della sperimentazione <ol><li> Prima di imballaggio del serbatoio con terreno, testare la sua integrità eseguendo una prova di tenuta. Riempire il serbatoio con acqua e aspettare 4-6 ore per evitare perdite nella struttura o sensori sono sviluppate. <ol><li> Se le perdite si sviluppano, svuotare il serbatoio, lasciare asciugare durante la notte e fissare le perdite utilizzando la stessa madesivo Arine usato durante la costruzione originale. Se perdite si sviluppano, svuotare il serbatoio del terreno e prepararsi per i passaggi che seguono. </li></ol></li><li> Determinare il volume totale del serbatoio con sensori a posto. Riempire con cura il serbatoio con acqua utilizzando un cilindro graduato, avendo cura di registrare la quantità di acqua aggiunta. Convertire il volume complessivo registrato centimetri cubici per l&#39;utilizzo in fase 4.5. </li><li> Ottenere terreno asciutto per imballare il serbatoio di terreno. Caratterizzare le proprietà idrauliche e termiche del suolo selezionato separatamente, in conformità con i metodi discussi in Smits et al. 11 </li><li> Attentamente wet-imballare il serbatoio terreno con il suolo e l&#39;acqua deionizzata. <ol><li> Per bagnare-imballare serbatoio terreno, prima versare circa 5 cm di acqua nel serbatoio. Aggiungere lentamente terreno asciutto per l&#39;acqua nel serbatoio, con una paletta, con incrementi di profondità 2,5 centimetri. Registrare il peso della sabbia aggiunto durante ciascun ascensore quindi la porosità del terreno imballaggio può essere calcolato. </li><li> Al completamentodi ogni strato, ripetutamente toccare le pareti del serbatoio utilizzando un martello di gomma, 100-200 volte, per ottenere una densità di massa uniforme. Durante il tapping, evitare il contatto con i sensori e cavi del sensore. L&#39;uso di dispositivi vibranti dovrebbe essere evitata in modo da non danneggiare la rete di sensori sensibili. </li></ol></li><li> Al termine del confezionamento del serbatoio, sommare insieme i pesi di ogni strato di terreno (vedere Fase 4.4) per ottenere la massa totale del suolo. Dividere la massa totale della densità apparente del suolo (ad esempio la densità di massa di sabbia di quarzo è 2,65 g / cm 3) per determinare il volume di sabbia (V s, cm 3). Calcolare la porosità (η, m 3 / m 3) del suolo nel serbatoio secondo: <img alt="Equazione 2" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq2.jpg" width="100" /> (2) dove (V T, m 3) è il volume totale del serbatoio vuoto determinato al punto 4.2. </li> &lt;li&gt; Una volta che il serbatoio è completamente pieno, posizionare un coperchio di plastica come involucro di saran sopra il serbatoio fino l&#39;esperimento è pronto per iniziare a prevenire l&#39;insorgenza di evaporazione. </li><li> Posizionare il serbatoio su una scala di ponderazione per monitorare la perdita di acqua cumulativa che a sua volta può essere utilizzato per calcolare il tasso di evaporazione. </li><li> Calcolare il tasso di evaporazione oraria dividendo la perdita di peso oraria dal prodotto della densità di acqua e l&#39;area della sezione trasversale della superficie evaporante. </li></ol> 5. Avviare l&#39;esperimento e l&#39;avvio della raccolta dei dati <ol><li> Una volta che il set-up è completo, determinare le condizioni atmosferiche (temperatura desiderata cioè, velocità del vento). Assicurarsi che i registratori di dati e di altri sistemi di acquisizione dati siano accesi e impostati gli intervalli di campionamento corretti (per esempio, ogni 10 min). </li><li> Avviare il sistema di ventilazione e controllo della temperatura. Lasciare le condizioni climatiche equilibrare prima di rimuovere il coperchio di plastica sulla superficie dei sserbatoio dell&#39;olio. Simula per il periodo di tempo desiderato (ad esempio, 15 giorni). </li></ol>

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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

Lo scopo di questo protocollo è quello di sviluppare un apparato sperimentale e relative procedure per la generazione di dati ad alta risoluzione spaziale e temporale necessarie per studiare le interazioni terra atmosferica rispetto al calore e processi di trasferimento di massa. L&#39;apparato sperimentale descritto consisteva in un serbatoio suolo e una piccola galleria del vento, ambedue equipaggiato con una serie di sensori per la misurazione di suolo e atmosferiche variabili pertinenti (ad esempio, velocit...

Comprendere l&#39;interazione tra la terra e l&#39;atmosfera è fondamentale per la nostra comprensione di molti problemi del mondo di oggi, come fuoriuscita di anidride carbonica geologicamente-sequestrato nel suolo, i cambiamenti climatici, l&#39;acqua e l&#39;approvvigionamento alimentare, il rilevamento accurato delle mine terrestri, e la bonifica delle acque sotterranee e del suolo. Inoltre, gli scambi primari di calore e acqua che guidano condizioni meteorologiche globali e regionali verificano sulla superficie della Terra. Molti fenomeni meteorologici e climatici (ad esempio, uragani, El Ni &amp; # 241; o, siccità, ecc) sono principalmente guidati da processi associati atmosferico-land interazioni di superficie 1. Come più della metà della superficie terrestre sulla Terra è aride o semiaride 2-4, che descrive con precisione il ciclo delle acque in queste regioni sulla base di scambi di calore e di acqua tra l&#39;aria atmosferica e la superficie del suolo è fondamentale per migliorare la nostra comprensione di le questioni di cui sopra,in particolare nelle regioni vulnerabili alla siccità e alla desertificazione estesa. Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, rimangono ancora molte lacune nelle conoscenze nell&#39;attuale comprensione di come il sottosuolo superficiale e l&#39;atmosfera interagiscono 5. Processi di trasporto coinvolgono acqua liquida, vapore acqueo, e il calore nel suolo sono dinamiche e fortemente accoppiato rispetto alle interazioni con il suolo e forzata condizioni al contorno (cioè, temperatura, umidità relativa, radiazione termica). Modelli di calore e di massa di trasferimento numeriche comunemente semplificano troppo o si affacciano su un certo numero di queste complessità dovuta in parte alla mancanza di prove e la raffinatezza delle teorie esistenti derivanti da una carenza di dati ad alta risoluzione spaziale e temporale. Dataset sviluppati per la convalida dei modelli sono spesso carenti informazioni atmosferica o sottosuolo fondamentale per testare correttamente le teorie, con conseguente modelli numerici che non rappresentano adeguatamente importazioneprocessi formica o dipendono dall&#39;uso di parametri poco conosciute che sono regolate o adattarsi al modello. Questo approccio è ampiamente utilizzato per la sua semplicità e facilità di utilizzo e presenta in alcune applicazioni indicate molto merito. Tuttavia, questo approccio può essere migliorato attraverso una migliore comprensione della fisica dietro questi &quot;parametrizzazioni concentrati&quot; effettuando esperimenti ben controllati in condizioni transitorie che sono in grado di prove di calore e trasferimento di acqua teoria 6. Un&#39;attenta sperimentazione in laboratorio permette dataset di precisione da generare che può successivamente essere utilizzato per validare modelli numerici. Dati disponibili da siti di campo sono spesso incomplete e costoso ottenere, e il grado di controllo necessari per ottenere una comprensione fondamentale dei processi e per generare dati di convalida del modello potrebbero essere considerati talora inadeguata. Laboratorio di sperimentazione di fenomeni naturali quali l&#39;evaporazione del suolo permette atmoscondizioni atmosferico (cioè, temperatura, umidità relativa, velocità del vento) e le condizioni del suolo (ad esempio, tipo di terreno, la porosità, la configurazione d&#39;imballaggio) da controllare con attenzione. Molte tecniche di laboratorio utilizzate per lo studio di evaporazione del suolo e del suolo proprietà termiche e idrauliche utilizzano un campionamento distruttivo 7-10. Metodi di campionamento distruttivi richiedono che un campione di suolo decomprimere per ottenere dati puntuali, impedendo la misurazione del comportamento transitorio e distruggere proprietà fisiche del suolo; questo approccio introduce errore e l&#39;incertezza per i dati. Misure non distruttive, come il metodo presentato qui, consentono la determinazione più accurata e lo studio dell&#39;interdipendenza di proprietà del suolo e processi 11. L&#39;obiettivo di questo lavoro è quello di sviluppare un apparato di carro armato del suolo e protocollo associato per la generazione di dati di risoluzione spaziale e temporale elevate relative agli effetti delle variazioni atmosferiche e delle condizioni del sottosuolo suevaporazione nudo terreno. Per questo lavoro, una piccola galleria del vento in grado di mantenere una velocità del vento e temperatura costanti è interfacciato con un apparato tank terreno. La galleria del vento e il serbatoio del suolo sono strumentati con una suite di tecnologie allo stato dell&#39;arte dei sensori per la raccolta di dati autonomo e continuo. Velocità del vento viene misurata utilizzando un acciaio tubo di Pitot-statico in acciaio collegato a un trasduttore di pressione. Temperatura e umidità relativa sono monitorati nell&#39;atmosfera utilizzando due tipi di sensori. Umidità relativa e temperatura vengono monitorati anche sulla superficie del suolo. I sensori della misura dell&#39;umidità del suolo sottosuolo e della temperatura. Misurazioni di peso dell&#39;apparato serbatoio vengono utilizzati per determinare l&#39;evaporazione attraverso un bilancio di massa di acqua. Per dimostrare l&#39;applicabilità di questo apparato sperimentale e protocollo, presentiamo un esempio di evaporazione nudo suolo in diverse condizioni di velocità del vento. Il serbatoio del terreno, ricco omogeneo con una sabbia ben caratterizzato, è stato inizialmente completamente saturated e lasciato evaporare liberamente in condizioni atmosferiche attentamente controllate (temperatura, velocità del vento).

<table><tbody><tr><td>ECH2O EC-5 Sensore di umidità del suolo (25)</td><td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td><td>40593</td><td>Per le specifiche visitare: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. Frequenza di campionamento su intervalli di 10 minuti, la precisione è &plusmn; 3% e raccogliere dati utilizzando i datalogger Em50</td></tr><tr><td>ECT Sensore di temperatura suolo/aria (19)</td><td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td><td>40651</td><td>Per le specifiche, visitare il http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. Frequenza di campionamento su intervalli di 10 minuti, la precisione è &plusmn; 0,5&nbsp; &deg; C, Misurare entro una temperatura di 5 e 40&nbsp; &deg; C, e raccogliere dati utilizzando i datalogger Em50</td></tr><tr><td>EHT Sensore di umidità relativa e temperatura (5)</td><td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td><td>N/A</td><td>Frequenza di campionamento su intervalli di 10 minuti, la precisione è &plusmn; 3% tra il 5% e il 100% di umidità relativa e raccogliere dati utilizzando i data logger Em50. Per ulteriori informazioni, visitare decagon.com</td></tr><tr><td>registratore di dati Em50 (10)</td><td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td><td>40800</td><td>Per le specifiche, visitare il http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. Dispositivi decagonale ECH2O, estrae i dati dai sensori ECT, EC-5 ed EHT e ogni data logger ha 5 connessioni per sensori e una porta com che si collega dal logger all'USB al computer</td></tr><tr><td>Bilancia Sartorius (1)</td><td>Sartorius Corporation</td><td>11209-95</td><td>Sartorius Modello 11209-95, intervallo = 65&nbsp; kg, Risoluzione = &plusmn; 1&nbsp; g</td></tr><tr><td>Salamandern a infrarossiRiscaldatore radiativo ceramico (1)</td><td>Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/</td> <td>FTE 500-240</td><td>5 riscaldatori necessari, regolare per ottenere la giusta temperatura ambiente/flusso libero</td></tr><tr><td>2104 Sistema di controllo della temperatura (1)</td><td>Chromalox</td><td>2104</td><td>Controlla i riscaldatori
 &#160; &#160; &#160; &#160; &#160; &#160;</td></tr><tr><td>Sensore di temperatura a infrarossi Regolatore (1)</td><td>Exergen Corporation</td><td>N/A</td><td>Monitora le temperature</td></tr><tr> dei riscaldatori<td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Tubo statico Pitot in acciaio inossidabile (1)</td><td>Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/</td> <td>Serie 160</td><td>Per le specifiche visitare http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160. La frequenza di campionamento del sensore è ogni 10 minuti, deve essere collegato al trasduttore di pressione differenziale e all'anemometro e convertire i dati di pressione raccolti in velocità di vittoria utilizzando l'equazione di Bernoulli.</td></tr><tr><td>1/2 pollice Acrilico (1)</td><td>Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/</td> <td>N/A</td><td>Calore specifico di 1.464&nbsp; J&nbsp; kg-1&nbsp; K-1, conducibilità termica di 0,2&nbsp; W&nbsp; m-1&nbsp; K-1, e una densità di 1.150&nbsp; kg&nbsp; m-3</td></tr><tr><td>Materiale per condotti in acciaio zincato (1)</td><td>Home Depot</td><td>N/A</td><td>Materiale utilizzato per costruire la galleria del vento, e sia i condotti rotondi che quelli rettangolari sono stati utilizzati nella costruzione e collegati tramite condotto riduttore quadrato-rotondo</td></tr><tr><td>Regolatore di velocità variabile collegato a un ventilatore da condotto in linea (1)</td><td>Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/</td> <td>VS200</td><td>15,3 cm di diametro Posizionato in linea con il condotto rotondo</td></tr><tr><td>Ammortizzatore in acciaio zincato (1)</td><td>Home Depot</td><td>N/A</td><td>Utilizzato per controllare/ridurre le velocità nella galleria del vento per i dati a bassa velocità</td></tr><tr><td>Accusand #30/40 (1)</td><td>Unimin Corporation http://www.unimin.com/</td> <td>N/A</td><td>Questa sabbia è sabbia silicea ed è quarzo al 99,8%, la sua forma del grano è classificata come arrotondata, il coefficiente di uniformità è circa 1,2 e la densità del grano è 2,66&nbsp; g/cm3.</td></tr></tbody></table>

esplorare gli effetti dell&#39;inquinamento atmosferico forcing per evaporazione: integrazione sperimentale dello strato atmosferica boundary e subsurface shallow

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

L'evaporazione è direttamente influenzata dalle interazioni tra l'atmosfera, la superficie terrestre e il sottosuolo del suolo. Questo lavoro si propone di studiare sperimentalmente l'evaporazione in varie condizioni al contorno della superficie per migliorare la nostra attuale comprensione e caratterizzazione di questo fenomeno multifase, nonché per convalidare le teorie numeriche del trasferimento di calore e di massa che accoppiano il flusso di Navier-Stokes nell'atmosfera e il flusso di Darciano nel mezzo poroso. I dati sperimentali sono stati raccolti utilizzando un unico apparato di serbatoi per il suolo interfacciato con una piccola galleria del vento climatizzata. L'apparato sperimentale è stato strumentato con una suite di tecnologie di sensori all'avanguardia per la raccolta continua e autonoma dell'umidità del suolo, delle proprietà termiche del suolo, della temperatura del suolo e dell'aria, dell'umidità relativa e della velocità del vento. Questo apparato sperimentale può essere utilizzato per generare dati in condizioni al contorno ben controllate, consentendo un migliore controllo e la raccolta di dati accurati su scale di interesse non realizzabili sul campo. Il flusso d'aria indotto a diverse velocità del vento distinte sulla superficie del suolo ha portato a un comportamento unico di trasferimento di calore e massa durante le diverse fasi evaporative.

L&#39;obiettivo di questo esperimento presentato qui era di studiare l&#39;effetto della velocità del vento per evaporazione dal suolo nudo. Le proprietà principali del terreno di prova utilizzato in questo studio sono riassunti nella Tabella 2. Una serie di esperimenti sono stati eseguiti in cui diverse condizioni al contorno della superficie del suolo (cioè, velocità del vento e temperatura) sono stati applicati (Tabella 3). Sebbene siano stati eseguiti quattro esperimenti a ...

Un protocollo per la progettazione e la costruzione di un serbatoio terreno interfacciato ad una piccola galleria del vento climatica controllata per studiare gli effetti delle forzanti atmosferici sul evaporazione è presentato. Sia il serbatoio suolo e galleria del vento sono strumentati con tecnologie di sensori per il continuo nella misurazione in situ di condizioni ambientali.

Esplorare gli effetti dell&#39;inquinamento atmosferico forcing per evaporazione: Integrazione sperimentale dello strato atmosferica Boundary e Subsurface Shallow

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

L'obiettivo generale di questa procedura è sviluppare un apparato costituito da una vasca per terreno e un protocollo associato per studiare sperimentalmente gli effetti delle forzanti atmosferiche sull'evaporazione. Questo obiettivo viene raggiunto innanzitutto costruendo una vasca per terreno su scala ridotta bidimensionale. Il secondo passaggio consiste nel costruire un apparato di galleria del vento con controllo climatico che si interfacci con la vasca per terreno.Successivamente, la galleria del vento e il serbatoio del suolo vengono strumentati con diverse tecnologie di sensori utilizzate per misurare il suolo, l'umidità, la temperatura, l'umidità relativa e la velocità del vento. L'ultimo passaggio consiste nel riempire il serbatoio del suolo con terreno e acqua, determinare le forzanti atmosferiche desiderate e avviare l'esperimento. In definitiva, questo apparato sperimentale può essere utilizzato per generare dati in condizioni al contorno ben controllate, consentendo un migliore controllo e la raccolta di dati accurati alle scale di interesse, non realizzabili in campo.Il principale vantaggio di questo procedimento rispetto ai metodi esistenti è che consente la generazione di set di dati precisi che possono essere utilizzati per validare modelli numerici e studiare l'interdipendenza tra le proprietà e i processi del suolo. I dati disponibili da siti di campo sono spesso incompleti e costosi da ottenere, e il grado di controllo necessario per comprendere i processi e generare dati per la validazione modellistica potrebbe ritenersi inadeguato. Questo procedimento permette di controllare con attenzione le condizioni atmosferiche come temperatura, umidità relativa, velocità del vento e le condizioni del suolo.Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sull'evaporazione, come dimostrato in questo caso, può essere applicato anche ad altre problematiche che richiedono una comprensione delle interazioni tra suolo e atmosfera, come la fuoriuscita di anidride carbonica geologicamente sequestrata, i cambiamenti climatici del suolo, le risorse alimentari e idriche, la rilevazione accurata delle mine terrestri e il risanamento delle acque sotterranee e del suolo. Insieme al mio studente laureando, Andrew Trouts, Victoria Egan, una studentessa universitaria del mio laboratorio, illustrerà la procedura. Per iniziare, tagliare un grande pezzo di vetro acrilico spesso 1,2 centimetri in cinque lastre singole. Il vetro acrilico permette di osservare visivamente i processi nel sottosuolo.Successivamente, disegnare una griglia di cinque per cinque. Ovvero 25 centimetri per 25 centimetri su ciascuno dei due grandi pannelli di vetro. Assicurarsi che ogni quadrato all'interno della griglia abbia un'area di 25 centimetri quadrati.La griglia verrà utilizzata per una corretta spaziatura. I sensori all'interno del serbatoio del suolo su uno dei grandi pannelli di vetro eseguono un totale di 25 fori di diametro 1,0,9 centimetri per i sensori di umidità del suolo; praticare ogni foro al centro di ciascun quadrato della griglia in modo che i centri dei fori di due quadrati adiacenti siano distanti cinque centimetri. Il primo insieme di fori si trova a 2,5 centimetri sotto il bordo superiore del serbatoio.Utilizzare maschi di dimensioni appropriate per creare filetti in ciascuno dei fori appena realizzati. La distanza di cinque centimetri tra i sensori garantisce che ogni sensore si trovi al di fuori del volume di campionamento del sensore più vicino. Nello stesso modo, praticare e filettare un totale di 25 fori di diametro 0,635 centimetri al centro di ciascuna maglia della griglia sull'altro pannello di vetro, utilizzato come fondo della vasca in acrilico.Praticare e filettare un singolo foro di mezzo pollice di diametro al centro del pannello. Incollare una schermatura a maglie sul foro sul lato interno del vetro, sul lato esterno del piano inferiore. Installare un gomito ad angolo di 90 gradi collegato a un tubo flessibile con una valvola regolabile.Questa valvola e tubo vengono utilizzati per drenare l'acqua dal serbatoio al termine di un esperimento o come metodo per installare dispositivi a carico costante al fine di mantenere un livello costante dell'acqua. Profondità delle tabelle. Utilizzare una colla marina o un adesivo polimerico resistente all'acqua simile per fissare e sigillare insieme il serbatoio.Lasciare indurire l'adesivo per un giorno per sollevare il serbatoio dal suolo e creare spazio per il raccordo a 90 gradi. Fissare altre due parti di vetro acrilico spesso 1,2 centimetri con una lunghezza di 12 centimetri e un'altezza di cinque centimetri alla base del serbatoio. Costruire la sezione a monte del tunnel aerodinamico, lunga 215 centimetri, utilizzando materiale in lamiera d'acciaio zincato di forma rettangolare con una larghezza di 8,5 centimetri e un'altezza di 26 centimetri.Avvolgere l'esterno del condotto con materiale isolante. Successivamente, installare cinque elementi riscaldanti a infrarossi in ceramica posizionati in parallelo all'interno di un riflettore lungo la parte iniziale della galleria del vento. Collegare gli elementi riscaldanti a infrarossi a un sistema di controllo della temperatura regolato da un sensore di temperatura a infrarossi.Costruire la sezione centrale della galleria del vento utilizzando due pannelli in acrilico spessi 1,2 centimetri, lunghi 25 centimetri e alti 26 centimetri. Fissare i pannelli in acrilico alla sommità delle pareti laterali della vasca del suolo mediante un nastro adesivo resistente, assicurandosi che i pannelli della galleria del vento e della vasca del suolo siano allineati tra loro. Praticare due fori del diametro di 0,635 centimetri in uno dei pannelli della sezione centrale per inserire il sensore di temperatura e/o di umidità relativa.I sensori di temperatura costruiscono quindi i primi 50 centimetri della sezione a valle della galleria del vento utilizzando lo stesso materiale di canale rettangolare di dimensioni identiche a quello usato in precedenza. Sul lato terminale, ridurre il canale rettangolare a un canale circolare di diametro 15,3 centimetri e lunghezza di 170 centimetri. Installare un registro in acciaio zincato, utilizzato per regolare le velocità del vento, all'estremità più lontana a valle del canale circolare, per facilitare il controllo della velocità del vento. Successivamente, installare un ventilatore assiale nel mezzo del canale circolare, orientato in modo da espellere l'aria dalla sezione a valle della galleria del vento.Collegare il ventilatore a un controller della velocità variabile per un controllo più preciso della frequenza di rotazione e, di conseguenza, della velocità del vento prima dell'installazione all'interno del serbatoio del suolo. Fissare ciascun sensore di umidità e temperatura del suolo all'interno di un alloggiamento filettato NPT e sigillarlo con un sigillante impermeabile per prevenire l'ingresso di umidità. Non utilizzare prodotti sigillanti a base di silicone poiché possono interferire con l'elettronica di alcuni sensori.Far maturare i sensori per circa una settimana. Avvolgere i filetti di ciascun alloggiamento NPPT con nastro per tubazioni prima dell'installazione nel serbatoio, in modo da garantire una migliore tenuta tra la filettatura NPT e il vetro acrilico. Quindi installare complessivamente 25 sensori di umidità e temperatura del suolo, inserendoli orizzontalmente attraverso le pareti del serbatoio.Nelle posizioni della griglia, ruotare i cavi del sensore in sincronia con il contenitore NPT per non danneggiare il cablaggio interno dei cavi. Non applicare un eccessivo momento di serraggio ai MPT per evitare che il vetro si incrinasse una volta posizionato; collegare i sensori di umidità del suolo e i sensori di temperatura ai rispettivi data logger designati.Installare un tubo di Pitot statico direttamente a valle del serbatoio del suolo, attraverso il foro praticato nella parte superiore della sezione a valle della galleria del vento. Mantenere il tubo di Pitot statico all'altezza desiderata rispetto al fondo della sezione. Successivamente, collegare il tubo a un trasduttore di pressione differenziale prima di riempire il serbatoio con il suolo.Verificare l'integrità eseguendo un test di tenuta. Riempire il serbatoio con acqua e attendere da quattro a sei ore per assicurarsi che non si siano sviluppate perdite nella struttura o nei sensori. Dopo aver eseguito il test di tenuta e svuotato il serbatoio.Reperire del terreno secco per riempire il serbatoio del terreno. Caratterizzare separatamente le proprietà idrauliche e termiche del terreno selezionato seguendo metodi precedentemente pubblicati. Riempire con cura il serbatoio del terreno con terreno e acqua deionizzata per il condizionamento umido del serbatoio.Per prima cosa, versare circa cinque centimetri di acqua nel serbatoio utilizzando una paletta; aggiungere lentamente il terreno secco nell'acqua presente nel serbatoio. A incrementi di 2,5 centimetri di profondità, registrare il peso della sabbia aggiunta durante ogni strato, in modo da poter calcolare la porosità del confezionamento del terreno al termine di ciascun livello. Tamporre ripetutamente le pareti del serbatoio da 100 a 200 volte utilizzando un martello di gomma per ottenere una densità apparente uniforme in tutto il campione.Durante il prelievo, evitare il contatto con i sensori e i fili dei sensori. L'uso di dispositivi vibranti deve essere evitato, per non danneggiare la rete di sensori sensibili. Posizionare il serbatoio su una bilancia pesapersona per monitorare la perdita cumulativa di acqua, che a sua volta può essere utilizzata per calcolare la velocità di evaporazione.Una volta completata l'installazione, determinare le condizioni atmosferiche desiderate. Assicurarsi che i data logger e gli altri sistemi di acquisizione dati siano accesi e impostati sugli intervalli di campionamento corretti. Avviare il sistema del ventilatore e di controllo della temperatura.Lasciare che le condizioni climatiche si equilibrino prima di rimuovere il coperchio di plastica dalla superficie del serbatoio del suolo. Infine, eseguire l'esperimento per il tempo desiderato. L'apparato combinato di tunnel a vento e serbatoio del suolo è stato utilizzato per eseguire una serie di esperimenti in cui sono state applicate diverse condizioni al contorno alla superficie del suolo.Sebbene siano stati eseguiti quattro esperimenti a diverse velocità del vento e temperature, la maggior parte dei risultati sperimentali presentati in questo studio riguarda una velocità del vento di 1,22 metri al secondo. L'umidità relativa della superficie del suolo diminuisce nel tempo, mentre la temperatura della superficie del suolo mostra un andamento crescente nel tempo prima di stabilizzarsi. Questi andamenti sono stati osservati in tutti e quattro gli esperimenti e possono essere spiegati in termini di essiccazione del suolo.La temperatura superficiale e il vento hanno un'influenza minore sulle temperature locali a profondità maggiori, non mostrando alcun effetto a profondità inferiori a 12,5 centimetri. La saturazione può essere correlata alle diverse fasi dell'evaporazione, definite in base alle differenze nei tassi di evaporazione. Posizione del fronte di essiccazione e meccanismi di trasporto predominanti.L'aumento della velocità del vento porta a un incremento della velocità di evaporazione e a una riduzione della durata della fase uno dell'evaporazione. Tuttavia, un aumento della velocità del vento oltre i tre metri al secondo mostra un effetto aggiuntivo limitato sulla fase uno dell'evaporazione. La fase due dell'evaporazione, regolata principalmente dalle proprietà del mezzo poroso, sembra essere indipendente o influenzata solo leggermente dalla velocità del vento.Questo protocollo sperimentale è applicabile a una varietà di condizioni ambientali, incluse variazioni nel suolo, nel clima, nei confini o nelle condizioni sotterranee. Le dimensioni e la disposizione dei sensori dell'apparato descritto possono essere modificate per soddisfare le esigenze di diversi esperimenti. Inoltre, la procedura di imballaggio può essere analogamente adattata per tenere conto di diverse configurazioni di imballaggio, come condizioni di porosità variabili e eterogeneità del suolo.

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