Bouw van een Compact Low-Cost stralingsafscherming voor lucht-temperatuur sensoren in ecologische veldstudies

Samenvatting

Met de komst van kleine, goedkope milieu-sensoren is het nu mogelijk voor de implementatie van high-density netwerken van sensoren voor het meten van hyper gelokaliseerde temperatuurschommelingen. Hier bieden wij een gedetailleerde methodologie voor de bouw van een compacte versie van een eerder beschreven aangepaste-verzonnen stralingsafscherming voor gebruik met goedkope thermochrons.

Samenvatting

Low-cost temperatuursensoren worden steeds meer gebruikt door ecologen klimatologische variatie beoordelen en wijzigen op ecologisch relevante schalen. Hoewel kosteneffectieve, als niet geïmplementeerd met goede zonnestraling afscherming, zullen de opmerkingen opgenomen van deze sensoren eenzijdig en onnauwkeurig. Vervaardigde straling schilden zijn effectief in het minimaliseren van dit vooroordeel, maar zijn duur in vergelijking met de kosten van deze sensoren. Wij bieden hier een gedetailleerde methodologie voor de bouw van een compacte versie van een eerder beschreven aangepaste verzonnen stralingsafscherming, die nauwkeuriger dan andere gepubliceerde beschermend methoden die probeert is te schild grootte of bouw kosten te minimaliseren. De methode vereist zeer weinig materiaal: gegolfde kunststof platen, aluminiumfolie plakband en Kabelbinders. Een 15 cm en twee 10 cm pleinen van gegolfde kunststof worden gebruikt voor elke schild. Na het snijden, scoren, taping en nieten van de bladen, vormen de 10 cm pleinen de onderste twee lagen van de zonnestraling schild, terwijl de 15 cm vierkant de toplaag vormt. De drie bladen worden samengehouden met kabelbinders. Deze compacte zonnestraling schild kan worden geschorst of tegen elke vlakke ondergrond geplaatst. Wees voorzichtig om ervoor te zorgen dat het schild is volledig parallel aan de grond om te voorkomen dat de directe zonnestraling van het bereiken van de sensor, waardoor eventueel verhoogd warme vertekeningen in zon-blootgesteld websites in de ochtend en middag ten opzichte van de oorspronkelijke, grotere ontwerp. Zelfs zo, verschillen in opgenomen temperaturen tussen het schild van de kleinere en compacte ontwerp en het oorspronkelijke ontwerp waren kleine (bedoel overdag bias = 0.06 ° C). Bouwkosten zijn minder dan de helft van het oorspronkelijke ontwerp van het schild, en de resultaten van het nieuwe ontwerp in een minder opvallende instrument dat kan nuttig zijn in vele Veldinstellingen ecologie.

Inleiding

In het licht van antropogene global warming, is er een groeiende interesse in de luchttemperatuur opnemen in een verscheidenheid van instellingen te begrijpen en voorspellen ecologische reacties op klimaat veranderen^1,2,3. Met de komst van kleine, goedkope milieu datarecorders (ook genoemd dataloggers, thermochrons of hygrochrons), is het nu mogelijk voor de implementatie van high-density netwerken van sensoren voor het meten van hyper gelokaliseerde temperatuurschommelingen, toenemende Ecologen mogelijkheid om directer observeren de ervaren door organismen en ecosystemen onder studie milieu omgevingsomstandigheden. In vergelijking met het bestaande, goed gekalibreerd en rigoureus getest — maar dun gedistribueerde — permanente weer stations, de huidige kansen van dergelijke netwerken te beoordelen van klimatologische variatie op ecologisch relevante schalen maar kan verminderen, nauwkeurigheid of vergelijkbaarheid onder studies als inconsistent of ongepast geïmplementeerd.

In de buurt van het oppervlak lucht temperatuursensoren vergen doorgaans een soort zonnestraling afscherming en voorkom directe verwarming van de sensor-element, dat leiden ten onrechte warme metingen tot zou. Gebruikte methoden voor het beperken van de sensor bias omvatten: 1) met behulp van bestaande milieu functies zoals bomen voor arcering⁴, 2) bias correctie en sensor kalibratie⁵ die afgeleid van correcties op basis van de thermische eigenschappen van sensoren en 3) het gebruik van vervaardigd of aangepast vervaardigd shields^6,7. Veel onderzoekers kiezen voor aangepaste verzonnen schilden vanwege de lage kosten en gemakkelijke implementatie, en de noodzaak in situaties waar milieuomstandigheden geen natuurlijke schaduw bieden. Echter, een overzicht van de ecologische literatuur aangegeven dat het ontwerp van aangepaste verzonnen schilden sterk onder studies varieert, en individuele ontwerpen zelden voor nauwkeurigheid getest zijn. Ongeteste schilden kunnen gevoelig zijn voor slechte keuze van materialen en ontwerp waardoor extra verwarming van de lucht-moleculen onmiddellijk rond de sensor, directe absorptie van zonnestraling door de sensor zelf of zowel-leiden tot gemiddelde vertekeningen van maximaal 3 ° C⁷. Aan de andere kant, eenvoudige en kosteneffectieve ontwerpen^6,7 zijn zeer effectief bij afscherming sensoren (vertekeningen van 1 ° C of minder) en zijn vergelijkbaar met commercieel vervaardigde straling schilden.

Hier bieden wij een gedetailleerde methodologie voor de bouw van een eerder beoordeeld op aangepaste verzonnen straling schild⁷ voor gebruik met goedkope thermochron temperatuursensoren. Het ontwerp van het schild is een wijziging van een eerder beschreven en getest in een open Ponderosa Pine forest⁶instellen. In recente tests van verschillende aangepaste-bewerkte schild ontwerpen, dit schild montane-getest resulteerde in de laagste vooroordelen wanneer in paren gerangschikt met kleine thermochrons⁷, maar we vonden het omslachtig en ook opvallend te implementeren in het veld. Het hier voorgestelde ontwerp-protocol vermindert de afmetingen van de straling schild met 50%. Een dergelijke verlaging in grootte heeft een aantal voordelen: 1) het is minder opvallende en dus minder vatbaar voor manipulatie, 2) redelijkerwijs meer bruikbaar in een breder scala aan ecologische instellingen waar de ruimte beperkt is (bijvoorbeeld op kleinere stedelijke laanbomen) 3) it is nauwkeuriger dan andere gepubliceerd beschermend methoden die proberen om te minimaliseren van de grootte van het schild of bouw kosten⁷en 4) het is minder duur dan de oorspronkelijke, grotere ontwerp als gevolg van de verminderde hoeveelheid van de bouwmaterialen nodig. Na het beschrijven van de bouwmethodes, onderzoeken we het effect van de vermindering van de grootte op sensor nauwkeurigheid ten opzichte van het oorspronkelijke ontwerp van de schild met behulp van de resultaten van een veld proces uitgevoerd onder hoog naar beneden zonnestraling voorwaarden.

Protocol

1. bouw van de stralingsafscherming

1. Met behulp van een utility mes, snijd de kunststof golfplaten in vierkantjes (figuur 1A). Een 15 cm vierkant en twee vierkanten van 10 cm nodig zal zijn voor elke schild.
2. Cuts voor de bovenste laag van de kleine stralingsafscherming (figuur 1B; linker afbeelding):
   1. Op het plein van 15 cm, 4 cm vanaf een van de randen te meten en een lijn tekenen met een potlood. Een passer gebruiken als een gids te scoren langs de lijn. (Hierin "scoren" betekent gebruikend een mes om een verlaging die slechts één laag van kunststof golfplaten, in plaats van het hele blad doorloopt.) Voortaan zal deze rand van het plein worden verwezen als de "top" (figuur 1B; linker afbeelding).
   2. 3.8 cm vanaf de randen die op de lijn 4 cm loodrecht meet. Een passer gebruiken als een gids te scoren vanaf de onderkant tot de 4 cm lijn (figuur 1B; linker afbeelding).
   3. Teken een lijn uit beide hoeken boven de 4 cm lijn naar de kruising van de lijnen 4 cm en 3.8 cm. U snijdt langs deze lijn (figuur 1B; linker afbeelding).
3. Bezuinigingen voor de middenlaag en lagen van de kleine stralingsafscherming (figuur 1B, Midden en rechts beelden):
   1. Met behulp van een passer, teken een vierkant van 6 cm in het midden van elk 10 cm vierkant (figuur 1B, Midden en rechts van de beelden).
   2. Score rondom het plein 6 cm, en vanuit elke hoek van het vierkant aan de buitenste hoeken van de 10 cm vierkant 6 cm (figuur 1B, Midden en rechts van de beelden).
4. Aluminiumfolie tape gebruiken om het volledig bedekt de scoorde kant van het plein van 15 cm en één van de pleinen van 10 cm, en de VN scoorde kant van de andere 10 cm vierkant.
5. Met behulp van een boor 1/4" bit, boorgaten zoals aangegeven in Figuur 1 c, in elk van de lagen van het schild.
6. Hechten van een temperatuursensor aan de onderkant van de 10 cm vierkant, die is geplakt op de scoorde kant en heeft de twee gaten geboord in het midden, door het uitvoeren van de kabelbinder door het oog van de sensor-behuizing (of de montage apparaat) en door de gaatjes in het 10 cm-sq uare (Figuur 1 d).
7. Vouwen de vellen.
   1. Vouw het vel van de 15 cm langs de scoorde lijnen. Druk kan nodig zijn in het geval dat de tape maakt de zijkanten strak en moeilijk te vouwen.
   2. Plooi de kleine driehoekige kleppen aan de binnenkant van de grotere terug klep. Als dit correct is gedaan, zijn alleen getapete zijden zichtbaar van boven. De gesneden rand van de achterste klep moet spoelen met de gevouwen zijkanten.
   3. Gebruik een andere laag van aluminium tape teneinde de gevouwen kanten aan de achterste klep. De achterste kleppen kon ook worden geniet samen, met een zware nietmachine, voor extra sterkte.
   4. Neem de bladen van 10 cm en knijpen de zijkanten samen langs de diagonaal scoorde lijn. Met behulp van een zware nietmachine, nieten de beknelde kanten samen (figuur 1E). Het eindproduct zal hebben de vorm van een vierkant-bowl.
8. Koppelverkoop de bladen samen met kabelbandjes van 20 cm.
   1. Begin met het 10 cm-blad geplakt aan de unscored kant, met drie gaten, leg de getapete kant naar beneden. Rijg een kabelbinder door het gat links terug van beide vellen van 10 cm. Laat 2 cm verticale afstand tussen de twee bladen om ervoor te zorgen de luchtstroom rond de temperatuursensor. Herhaal deze stap voor het terug recht gat (figuur 1E, Midden en rechts van de beelden).
   2. Het 15 cm blad nemen en doorgeven van een kabelbinder door de twee gaatjes van de side-by-side, in de rug links (figuur 1E; linker afbeelding). Dit gelijkspel hechten aan de bladen van 10 cm, ook het verlaten van 2 cm ruimte tussen de 15 cm blad en de bovenkant van de bovenste 10 cm blad. Herhaal deze stap voor de twee side-by-side gaten in de rug rechts (figuur 1E; linker afbeelding).
   3. Tot slot een kabelbinder passeren door alle drie gaatjes aan de voorkant van de bladen (weergegeven door de pijl; Figuur 1E). Draai de Kabelbinder, zorgen de ruimte zelfs tussen alle drie bladen (figuur 1F).
9. Extra boorgaten in de back-end van het eindproduct geassembleerd om montage, waar nodig. Waar het schild is gemonteerd, moet u zorgen dat de drie bladen lag parallel aan de grond.

Figuur 1: stapsgewijze instructies voor het bouwen van een kleine stralingsafscherming. (A) 15 cm en 10 cm vierkantjes worden gesneden uit het grote blad van gegolfde kunststof. (B) het 15 cm bladen zijn vervolgens gesneden en scoorde, en de 10 cm bladen zijn scoorde zodat naar de juiste vorm van het schild buigen. (C) gaten worden geboord op elk blad. (D) de sensor is gebonden aan een van de bladen van 10 cm. (E) het schild wordt geassembleerd met behulp van verschillende Kabelbinders. (F) het definitieve schild is klaar voor installatie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Resultaten

Representatieve resultaten met behulp van de thermochrons uitgerust met de nieuwe, worden kleinere schild ontwerp, het oorspronkelijke ontwerp voor grotere schild en de thermochrons met geen stralingsafscherming weergegeven in Figuur 2 en Figuur 3. Deze gegevens werden opgenomen in een volledig blootgestelde locatie op het platteland in de buurt van Raleigh, NC (35.728 ° noorderbreedte, 78.680 ° W), en werden a...

Discussie

De nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de lucht temperatuurmetingen zijn afhankelijk van het gebruik van een passende zonne-schild dat de sensor tegen directe en teruggekaatste zonnestraling beschermt. Hier beschrijven we de bouw van dergelijke een schild dat is compacter van formaat, goedkoper of sneller om te bouwen dan soortgelijke, eerder beschreven apparaten⁶, zonder in te boeten nauwkeurigheid. 94% van de opgenomen temperaturen voor de thermochrons uitgerust met het kleinere schild waren b...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Multipurpose Aluminiumfolietape	Nashua	1087671	48 mm breedte
8" kabelbinders	DTOL	GEN86371	NA
Gegolfde kunststofplaat	Highway Traffic supply	hts18X24COROW	Witte plaat 18"L x 24"B, 5-pack
Standaard uitsnijder	NA	NA	NA
Standaard schaar	NA	NA	NA
Zware stapler	Swingline	552277715	NA