Name: Oppervlaktevernieuwing: Een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de energiefluxdichtheid op veldschaal (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-12T08:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 55 s
Description: Leer hoe je een oppervlaktevernieuwingssysteem installeert voor het meten van energiefluxdichtheid op veldschaal. Deze micrometeorologische methode meet evapotranspiratie en ondersteunt telers bij irrigatiebeslissingen in diverse agrarische ecosystemen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Gedeeltelijke ondersteuning voor dit onderzoek werd verstrekt door J. Lohr Vineyards & Wines, het National Grape and Wine Institute, een NIFA Specialty Crops Research Initiative-subsidie aan AJM en USDA-ARS CRIS-financiering (Research Project #5306-21220-004-00).

<ol>
	<li>Voer een windrichting- en footprintanalyse uit voorafgaand aan de installatie in het veld; deze stap is belangrijk om ervoor te zorgen dat de toren op de juiste plaats staat om de representatieve flux in het studieveld te vangen.
	<ol>
		<li>Voordat u de veldstation inricht, moet u de heersende windrichting in het studiegebied evalueren en bepalen hoeveel fetch (afstand stroomopwaarts) nodig is voor uw specifieke toepassing. De afstand van de fetch is afhankelijk van de hoogte van het te meten oppervlak en de hoogte van de instrumenten4. Over het algemeen is de fetch 100 meter stroomafwaarts voor elke meter boven het middelpunt van het bladerdak waar de sensoren zich bevinden.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Op basis van de behoeften van de specifieke setup, bevestigt u sensoren aan de datalogger en bereidt u zoveel mogelijk van de apparatuur voorafgaand aan het veldwerk voor. Installeer het programma in de logger voordat u het in het veld inzet en test of de logger goed functioneert volgens de onderstaande stappen.
	<ol>
		<li>Verbind een laptop met de datalogger via de RS-232-kabelpoort (niet geïsoleerd) aan de voorkant van de datalogger, open het interfaceprogramma om te communiceren met de datalogger en maak verbinding met de datalogger. Upload vervolgens het turnkey data logger-programma naar de datalogger. USB-standaardkabels en mobiele telefoons kunnen ook worden gebruikt om te communiceren met de datalogger.
		<ol>
			<li>Het programma is geschreven voor een specifiek instrumentenpakket, namelijk een 3-D sonische anemometer, twee warmtefluxplaten, een grondthermokoppel, een fijndraad luchtthermokoppel en een net radiometer. Het programma kan worden aangepast voor andere sensorconfiguraties, maar de gebruiker moet het loggerprogramma na elke wijziging zorgvuldig in het veld testen. Als er veel nieuwe regels complexe code aan het programma worden toegevoegd, functioneert het mogelijk niet goed; vooral wanneer de sonische anemometer in seriële modus wordt bemonsterd in plaats van analoog. Het programma is te downloaden op: <<a href="http://sites.google.com/site/tmshapland" target="_blank">sites.google.com/site/tmshapland</a>>.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Controleer de datawaarden voor alle sensoren om te zien of alles correct werkt.
		<ol>
			<li>Opmerking: Als een van deze variabelen 'NAN' produceert in de statustabel van het loggerinterfaceprogramma, moet de betreffende sensor en de verbinding met de logger worden gecontroleerd. Na het maken van de nodige correcties, keer terug naar de computer en zorg ervoor dat het signaal niet langer 'NAN' produceert.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>De hieronder beschreven setup is voor een SR-systeem met één fijndraadthermokoppel en de bedrading is beschreven om overeen te komen met de datalogger-opdrachten die zijn ingebed in het turnkey-programma dat hieronder wordt beschreven.
	<ol>
		<li>Zodra een geschikte positie is geïdentificeerd voor uw station in het studieveld, stelt u de toren op (CM6- Figuur 1). Stabiliseer de voeten van de toren met behulp van de geleverde paaltjes, sla de lange koperen aardingsstaaf met een mini-sledgehammer in de grond op een locatie die de warmtefluxplaten voor de bodem niet zal storen - zie hieronder), en verbind de aardingsstaaf met de toren met behulp van de dikke kalibersdraad en geleverde connectoren.</li>
		<li>Bevestig de datalogger-behuizing aan de hoofdas van de toren met behulp van de door de fabrikant geleverde U-bouten (Figuur 1).</li>
		<li>Installeer de twee bodemwarmtefluxplaten (d.w.z. G1 en G2) met witte stip omhoog op een diepte van 5 cm in de interrijruimte, weg van druppelirrigatie-emitterende (Figuur 4). De installatie moet zorgen voor goed thermisch contact met de bodem en de verlengdraden die naar de datalogger leiden, moeten worden begraven om schade door uittrekking uit de grond te voorkomen.
		<ol>
			<li>Verbind de warmtefluxplaatdraden met dataloggerkanalen 3 en 4 als differentiële ingangssensoren (G1: zwarde draad 3H, rode draad 3L - en G2: zwarde draad 4H, rode draad 4L). De codes die in dit document zijn vermeld, komen overeen met de labels voor de dataloggerkanalen en zullen worden gebruikt in de rest van het manuscript. Details voor alle sensoren staan in Tabel 1.</li>
			<li>Opmerking: De thermopile binnenin de bodemwarmtefluxplaat meet de temperatuurgradiënt over een materiaal met bekende thermische eigenschappen om tot de energiefluxdichtheid te komen. Elke plaat is gekalibreerd door de fabrikant. Omdat bodemwarmtefluxplaten niet direct op de grond kunnen worden geplaatst zonder zonnestraling op te vangen, moeten ze onder de grondoppervlakte worden begraven. De energiefluxdichtheid op de diepte van de bodemwarmtefluxplaten is niet hetzelfde als de energiefluxdichtheid op het oppervlak omdat er wat energie wordt opgeslagen in de bodemlaag boven de plaat, dus een set bodemtemperatuursensoren die parallel zijn bedraad, worden geïnstalleerd in de laag boven de platen.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Installeer de bodemthermokoppel (1 kabel met 4 sondes die parallel zijn bedraad, genaamd Ts) om het volume grond boven de bodemwarmtefluxplaat te bestrijken om rekening te houden met de verandering in warmteopslag boven de platen (Figuur 4).
		<ol>
			<li>Verbind de bodemthermokoppel met de datalogger op kanaal 5 als differentiële sensor (Ts: paarse draad 5H, rode draad 5L).</li>
			<li>Opmerking: De temperatuur van de bodemlaag wordt gemeten door bodemtemperatuursondes schuin in te brengen van dichtbij de bodem tot dichtbij de bovenkant van de bodemlaag (ongeveer 0,04-0,01 m onder het bodemoppervlak). Het is belangrijk dat de temperatuursondes niet te dicht bij het oppervlak worden ingebracht. Als de grond barst, kunnen straling en/of voelbare warmteflux naar of van de sensoren valse gegevens veroorzaken. Over het algemeen is het het beste om de temperatuursensoren niet dichter dan 0,01 m van het bodemoppervlak te

<ol><li>Moratiel, R., Martínez-Cob, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evapotranspiration+of+table+grape+trained+to+a+gable+trellis+system+under+netting+and+black+plastic+mulching%5BTitle%5D)+AND+%22Irrigation+Science%22%5BJournal%5D)">Evapotranspiration of table grape trained to a gable trellis system under netting and black plastic mulching.</a> Irrigation Science. 30 (3), 167-178 (2011).</li>
<li>DWR (Department of Water Resources). <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22California+Water+Plan+Update%2C+Bulletin+160-05%22">California Water Plan Update, Bulletin 160-05</a>. , California Department of Water Resources. Sacramento, CA, U.S.A. (2005).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Duce, P., Paw, U. K. T., Qiu, J., Su, H. B., Watanabe, T., Brunet, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+analysis%3A+a+new+method+to+obtain+scalar+fluxes+without+velocity+data%5BTitle%5D)+AND+%22Agric.+For.+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface renewal analysis: a new method to obtain scalar fluxes without velocity data.</a> Agric. For. Meteorol. 74, 119-137 (1995).</li>
<li>Rosenberg, N. J., Blad, B. L., Verma, S. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRosenberg%2C+NJ+%22Microclimate%3A+the+biological+environment%22">Microclimate: the biological environment</a>. , 2nd, John Wiley and Sons. New York, NY. USA. (1983).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Duce, P., Paw, U. K. T., Anderson, F. E., Falk, M. Surface Renewal Manual. , (2007).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Paw, U. T. K., Snyder, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+turnkey+data+logger+program+for+field-scale+energy+flux+density+measurements+using+eddy+covariance+and+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Ital.+J.+Agrometeorol%22%5BJournal%5D)">A turnkey data logger program for field-scale energy flux density measurements using eddy covariance and surface.</a> Ital. J. Agrometeorol. , Forthcoming Forthcoming.</li>
<li>Shapland, T. M., Snyder, R. L., Paw, U. K. T., Lang, D., McElrone, A. J. New tools to improve access to micrometeorological methods for agricultural research scientists. Annual Meeting of the American Society of Agronomy, , (2011).</li>
<li>Van Atta, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+coherent+structures+on+structure+functions+of+temperature+in+the+atmospheric+boundary+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+of+Mech%22%5BJournal%5D)">Effect of coherent structures on structure functions of temperature in the atmospheric boundary layer.</a> Arch. of Mech. 29, 161-171 (1977).</li>
<li>Snyder, R. L., Spano, D., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+Renewal+analysis+for+sensible+and+latent+heat+flux+density%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary-Layer+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface Renewal analysis for sensible and latent heat flux density.</a> Boundary-Layer Meteorol. 77, 249-266 (1996).</li>
<li>Spano, D., Duce, P., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+estimates+of+evapotranspiration.+Tall+canopies%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Hort%22%5BJournal%5D)">Surface renewal estimates of evapotranspiration. Tall canopies.</a> Acta Hort. 449, 63-68 (1997).</li>
<li>Spano, D., Snyder, R. L., Duce, P., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+renewal+analysis+for+sensible+heat+flux+density+using+structure+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Agric.+For.+Meteorol%22%5BJournal%5D)">Surface renewal analysis for sensible heat flux density using structure functions.</a> Agric. For. Meteorol. 86, 259-271 (1997).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+function+analysis+of+two-scale+scalar+ramps.+Part+I%3A+Theory+and+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary+Layer+Meterology%22%5BJournal%5D)">Structure function analysis of two-scale scalar ramps. Part I: Theory and modeling.</a> Boundary Layer Meterology. , (2012).</li>
<li>Shapland, T. M., McElrone, A. J., Snyder, R. L., Paw, U. K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+function+analysis+of+two-scale+scalar+ramps.+Part+II%3A+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Boundary+Layer+Meterology%22%5BJournal%5D)">Structure function analysis of two-scale scalar ramps. Part II: Applications.</a> Boundary Layer Meterology. , (2012).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat zij momenteel geen concurrerende financiële belangen hebben.

De oppervlaktevernieuwingsmethode biedt een tastbare mogelijkheid om een zelfstandige en goedkope techniek te ontwikkelen om het waterverbruik van gewassen in realtime te kwantificeren. Recente vorderingen in signaalverwerking, programmering van dataloggers, kalibratie en databeheer hebben dit doel duidelijker in beeld gebracht. Dit manuscript en ons recent ontwikkelde turnkey dataloggerprogramma6 maken geavanceerde micrometeorologische methoden toegankelijker voor landbouwonderzoekers. De uitvoertafel van het...

Waterschaarste bedreigt de duurzaamheid van de landbouw in droge groeigebieden. Deze situatie zal waarschijnlijk verslechteren met veranderende klimatologische omstandigheden en toenemende concurrentie tussen landbouw-, gemeentelijke, industriële en natuurbehoudsentiteiten voor beperkte watervoorraden. Om dit voortdurende dilemma aan te pakken, zoeken telers voortdurend naar manieren om de irrigatie-efficiëntie te verbeteren, en technologie die de waterconsumptie van gewassen beter schat (d.w.z. evapotranspiratie, ET) in realtime, en betere agrometeorologische methoden zullen deze inspanningen zeker helpen. De huidige technologieën die door telers worden gebruikt om ET te schatten, zijn afhankelijk van het gebruik van referentie-evapotranspiratie (ET0) en een empirische gewascoëfficiënt (Kc), die beide zeer vatbaar zijn voor schattingsfouten. Agrometeorologen meten ook ET om experimentele behandelingen voor het verbeteren van de watergebruiksinefficiëntie van gewassen1 te evalueren en om regionale watertoewijzingsstrategieën te parameteren2, maar deze methoden zijn zeer technisch en duur. Er zijn momenteel inspanningen gaande om bestaande op onderzoek gebaseerde ET-meetmethoden om te zetten in kosteneffectieve en gebruiksvriendelijke technologieën voor telers.
Oppervlaktevernieuwing (SR) is een agrometeorologische methode die wordt gebruikt om de ET van gewassen te meten. SR is gebaseerd op het analyseren van de energiebalans van luchtpakketten die tijdelijk binnen de gewasluifel verblijven tijdens het turbulente uitwisselingsproces3 zoals gemeten met het station dat wordt getoond in Figuur 1 en theoretisch geïllustreerd in Figuur 2 en Film 1. De luchtpakketten manifesteren zich als hellingvormige vormen in turbulente temperatuurtijdreeksendata, en de amplitude en periode van de hellingen worden gebruikt om de fluxdichtheid te berekenen (Figuren 2 en 3). Met de SR-methode wordt ET voor een bepaalde gewasoppervlakte bepaald door de latente warmtefluxdichtheid (LE) te berekenen als het residu van de volgende energiebalansvergelijking 
LE=Rn-G-H,
Hier is LE de energiefluxdichtheid geassocieerd met de faseverandering van water van een gewasoppervlak, Rn is de netto straling, G is de warmtefluxdichtheid van de bodem (d.w.z. energie geleidend in of uit de grond), en H is de gevoelige warmtefluxdichtheid (d.w.z. energiefluxdichtheid vanaf het oppervlak naar de lucht of vice versa die resulteert in een temperatuurverandering). Rn is een positief getal wanneer de netto flux naar beneden is (energie toegevoegd aan het oppervlak), LE en H zijn positieve getallen wanneer de flux omhoog is (energie toegevoegd aan de lucht), en G is een positief getal wanneer de flux naar beneden is (energie toegevoegd aan de bodem). LE (MJ/m2sec) wordt vervolgens gedeeld door de latente verdampingswarmte (L=2,45 MJ/kg) om de massastroomdichtheid van waterdamp vanaf het oppervlak te verkrijgen (d.w.z. ET).
Metingen van Rn en G zijn relatief eenvoudig en goedkoop. Directe metingen van H zijn complexer en vereisen gegevensverwerving met hoge frequentie. De meest gebruikelijke methode om H te bepalen is met eddy covariance; echter, de sonische anemometer die voor deze methode vereist is, is duur, complex en wordt daarom niet veel gebruikt door agronomen, tuinders of ingenieurs om H en LE te bepalen. Aan de andere kant wordt H afgeleid uit de SR-techniek verkregen door een eenvoudigere en goedkopere methode, die fijne draadthermokoppels gebruikt om hoge frequentieluchttemperaturen te meten aan het oppervlak-atmosfeer-interface. Ondanks de eenvoud van de SR vereisen huidige metingen nog steeds kalibratie tegen de eddy covariance-schatting van H van een sonische anemometer om de gevoelige warmtefluxdichtheid te verkrijgen.
De succesvolle implementatie van een SR-fluxtoren voor ET-metingen kan een ontmoedigende uitdaging zijn, vooral voor veel landbouwonderzoekers zonder formele opleiding in atmosferische wetenschappen. SR en eddy covariance-metingen vereisen geavanceerde technische vaardigheden in zowel het programmeren van dataloggers om taken uit te voeren met complexe instrumentatie als het schrijven van computerprogramma's om de ruwe turbulentiegegevens na te verwerken tot zinvolle fluxen. Hier beschrijven we hoe u een veldstation instelt, sensoren installeert en ons nieuwe turnkey-dataloggerprogramma gebruikt voor dataverzameling en naverwerkingsprocedures.

<table><tbody><tr><td>Datalogger</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CR1000</td><td></td></tr><tr><td>Datalogger Enclosure</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>ENC12/14-SC</td><td></td></tr><tr><td>Tower (6 ft) met aarding &amp; bliksembeveiligers</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CM6</td><td></td></tr><tr><td>Dwarsbalk (4 ft)</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CM204</td><td></td></tr><tr><td>Nu-rail kruisfitting</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>17953</td><td></td></tr><tr><td>Voeding (12 V) met regelaar &amp; batterij</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>PS100</td><td></td></tr><tr><td>Opladerregelaar (12 V)</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>CH100</td><td></td></tr><tr><td>Batterijverlengkabel</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>6186</td><td></td></tr><tr><td>Thermokoppelverlengkabel</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>FWC-20</td><td></td></tr><tr><td>Thermokoppels</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>FW3</td><td></td></tr><tr><td>3D sonische anemometer met lange hals</td><td>RM Young Company</td><td>81000 RE</td><td></td></tr><tr><td>8-leiderskabel voor anemometer</td><td>RM Young Company</td><td>18660</td><td></td></tr><tr><td>Bodemwarmtestroomplaten</td><td>REBS, Inc.</td><td>HFT3.1</td><td></td></tr><tr><td>Bodemthermokoppels</td><td>Campbell Scientific, Inc.</td><td>TCAV</td><td></td></tr><tr><td>Netto radiometer met kabel</td><td>Kipp and Zonen, Inc.</td><td>NR Lite 2</td><td></td></tr><tr><td>Zware poolmontage voor radiometer</td><td>Kipp and Zonen, Inc.</td><td>L-CMB1</td><td></td></tr></tbody></table>

oppervlaktevernieuwing: een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de energiefluxdichtheid op veldschaal

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Geavanceerde micrometeorologische methoden zijn steeds belangrijker geworden in de bodem-, gewas- en milieuwetenschappen. Voor veel wetenschappers zonder formele opleiding in atmosferische wetenschappen zijn deze technieken relatief ontoegankelijk. Binnenvernieuwing en andere fluxmetingsmethoden vereisen een begrip van de meteorologie van de grenslaag en uitgebreide training in instrumentatie en meerdere gegevensbeheerprogramma's. Om de toegankelijkheid van deze technieken te verbeteren, beschrijven we de onderliggende theorie van oppervlaktevernieuwingsmetingen, demonstreren hoe een veldstation kan worden opgezet voor oppervlaktevernieuwing met eddy covariance-kalibratie en maken gebruik van ons open-source turnkey-programma voor gegevensloggers om fluxgegevensverwerving en -verwerking uit te voeren. Het nieuwe turnkey-programma retourneert naar de gebruiker een eenvoudige gegevenstabel met de gecorrigeerde fluxen en kwaliteitscontroleparameters, en elimineert de noodzaak voor onderzoekers om tussen meerdere verwerkingsprogramma's te schakelen om de uiteindelijke fluxgegevens te verkrijgen. Een voorbeeld van gegevens gegenereerd door deze metingen toont hoe het watergebruik van gewassen wordt gemeten met deze techniek. De uitvoergegevens zijn nuttig voor telers voor het nemen van irrigatiebeslissingen in een verscheidenheid aan landbouwecosystemen. Deze stations worden momenteel ingezet in talrijke veldexperimenten door onderzoekers in onze groep en het California Department of Water Resources in de volgende gewassen: rijst, wijn- en rozijnendruivengaarden, alfalfa, amandel, walnoot, perzik, citroen, avocado en maïs.

Het verkrijgen van de Rn en G componenten van de energiebalansvergelijking is relatief eenvoudig en goedkoop. Metingen van H zijn complexer en vereisen hoogfrequente temperatuurprofielen, gemeten met een fijn-draadthermokoppel voor oppervlaktevernieuwing of een sonische anemometer voor eddy-covariantie. Een voorbeeld van een temperatuurprofiel gemeten met een fijn-draadthermokoppel wordt weergegeven in Figuur 9, en dit illustreert de noodzaak van mathematische analys...

Oppervlaktevernieuwing is een micrometeorologische methode die steeds vaker wordt gebruikt om energiestromen te bepalen, maar de technische complexiteit maakt het voor een breed publiek ontoegankelijk. We beschrijven de stappen die nodig zijn om een oppervlaktevernieuwingsveldstation op te zetten en te kalibreren, om gegevens te verzamelen en te verwerken en om resultaten correct te interpreteren.

Oppervlaktevernieuwing: Een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de energiefluxdichtheid op veldschaal

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Het algemene doel van deze procedure is het installeren van een systeem voor oppervlaktevernieuwing om energiestroomdichtheidsgegevens op veldschaal te meten en te verwerken. Dit wordt bereikt door eerst de behuizing van de datalogger van de mast en het zonnepaneel in het veld te installeren. De tweede stap is het bevestigen van de sensoren aan de mast.Vervolgens worden de sensordraden aangesloten op de datalogger. De laatste stap is om de datalogger te koppelen aan een laptop, het programma naar de datalogger te uploaden en te controleren of de datalogger signalen van de sensoren ontvangt. Uiteindelijk wordt oppervlaktevernieuwing gebruikt om de evapotranspiratie van een ecosysteem te meten, wat informatie verschaft die nuttig is voor telers bij het nemen van beslissingen over irrigatie in diverse landbouwsystemen.Hoewel de methode inzicht biedt in het agrarische en stedelijke waterverbruik, kan zij ook worden toegepast op natuurlijke ecosystemen, zoals in de bosbouw en in wetlands. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot het irrigatiemanagement, aangezien evapotranspiratie de belangrijkste oorzaak is van waterverlies in gewasproductiesystemen. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat zij niet weten hoe de apparatuur moet worden geïnstalleerd of hoe zij kunnen verifiëren of deze correct functioneert.We kregen oorspronkelijk het idee voor deze methode toen observaties van turbulentiegegevens ons ertoe leidden om het concept van oppervlaktevernieuwing uit de chemische technologie aan te passen voor de atmosferische wetenschap. Deze procedure zal worden gedemonstreerd door onze teamleden, Rick Snyder en PA, en postdocs Arturo Calderone en Tom Chaplin. Begin dit experiment door de locatie van het veldstation vast te stellen en de windrichting te evalueren zoals beschreven in het tekstprotocol.Bereid zoveel mogelijk van de apparatuur in het laboratorium voor voordat u naar het veld gaat. Bevestig eerst de sensoren aan de datalogger. Sluit vervolgens de RS 2 32-kabel aan tussen een laptop en de poort van de datalogger.Open het interfaceprogramma om met de datalogger te communiceren en maak vervolgens verbinding ermee. Upload daarna het Turnkey-dataloggerprogramma naar de datalogger. Controleer de datawaarden van alle sensoren om vast te stellen of alles correct functioneert.Zodra er een geschikte positie voor het station in het studieveld is geïdentificeerd, wordt de toren opgesteld en worden de poten van de toren gestabiliseerd met de meegeleverde haringen. Sla de lange koperen aardpen met een kleine moker in de bodem op een locatie die de warmtefluxplaten niet hindert.Verbind de aardstang met de mast met behulp van een dikke draad en de meegeleverde connectoren. Bevestig de behuizing van de datalogger aan de hoofdas van de mast met de U-bouten die door de fabrikant zijn geleverd. Installeer de twee platen voor bodemwarmteflux met de witte stip naar boven op een diepte van vijf centimeter in de tussenrijruimte, uit de buurt van de druppelbewateringsemitters.Sluit de draden van de warmtestroomplaat aan op de kanalen drie en vier van de datalogger als differentiële ingangssensoren. Installeer het bodemthermokoppel over het volume grond boven de warmtestroomplaat om rekening te houden met de verandering in warmteopslag boven de platen. Sluit het bodemthermokoppel aan op kanaal vijf van de datalogger als een differentiële sensor.Installeer de netradiometer op de dwarsarm. Plaats de arm boven het bladerdak en richt deze naar het zuiden. Sluit de netradiometer aan op kanaal twee van de datalogger.Als differentiële sensor. Installeer het fijne draadthermokoppel aan één uiteinde van de dwarsarm en boven het bladerdak. De luchttemperatuur zal met een frequentie van 10 hertz via de thermokoppels worden bemonsterd.Voor deze metingen wordt doorgaans een diameter van 76 micron gebruikt. Sluit het fijne draadthermokoppel aan op kanaal één van de datalogger als een differentiële sensor, waarbij de paarse draad naar 1 H gaat, de rode draad naar 1 L en de transparante draad naar de signaalmassa. Installeer de sonische anemometer aan het andere uiteinde van de dwarsarm met de nieuwe railkoppeling om de driedimensionale windsnelheden en de sonische temperatuur op 10 hertz te meten.Voor het berekenen van de Eddy-covariantie van de voelbare warmteflux. Installeer de sonische anemometer zodanig dat het centrum van het meetgebied zich op dezelfde hoogte bevindt als de fijndraadthermocouple. Sluit vervolgens de voeding aan op de datalogger.Sluit een laptop aan op de datalogger via de RS 2 32-kabelpoort aan de voorzijde van de datalogger. Gebruik het turnkey-dataloggerprogramma. Controleer de datawaarden van alle sensoren om er zeker van te zijn dat alles correct functioneert.Draai de nieuwe railverbinding los en laat de hoofdverticale mast die de netradiometer vasthoudt zakken. Buig de geïsoleerde thermokoppeldraad bij de aansluiting met de metalen cilinder. Dompel de blootliggende thermokoppeldraden voorzichtig in een pot citroensap, waarbij u erop let dat de blootliggende draden de pot niet raken.Verwijder het citroensap van de sensor door de draden in een pot met gedeïoniseerd water te dopen. Buig de thermokoppeldraad opnieuw recht bij de verbinding met het metaal. Bespuit de netradiometer met gedeïoniseerd water en droog deze af met absorberende doekjes.Zet de verticale mast terug in de oorspronkelijke positie. Draai de nieuwe stelschroeven van de rail opnieuw aan en stel de netradiometer waterpas. Hier is een voorbeeld weergegeven van een temperatuurcurve gemeten met een fijndraad-thermokoppel.Deze grafiek illustreert de noodzaak van een wiskundige analyse om het signaal uit deze ruwe gegevens te extraheren. Visuele inspectie van deze gegevens onthult drie of vier primaire hellingen die eindigen op ongeveer 12 35, 46 en 72 seconden. Alle componenten van de energiebalans volgen een vergelijkbaar dagelijks patroon, waarbij de piekwaarden in het midden van de dag optreden.De netto straling is overdag positief, aangezien het oppervlak meer straling ontvangt dan het verliest, en 's nachts negatief, aangezien het oppervlak meer straling verliest dan het ontvangt. Dit vertoont de dagelijkse curve die verwacht wordt voor zonnige lente-dagen in Noord-Californië. De bodemwarmtefluxdichtheid volgt eveneens een dagelijks patroon.Het is overdag positief, aangezien energie van het oppervlak naar de bodem wordt geleid, en 's nachts negatief. Naarmate er meer energie van onderaf naar het koelere oppervlak wordt geleid, volgt de latente warmteflux de verwachte dagelijkse curve boven een gewas met voldoende water. Bij mooi weer is de netto straling de dominante energiebron voor evapotranspiratie.De waarden van de latente warmtefluxdichtheid volgen dus de veranderingen in de netto straling gedurende de dag boven een actief transpirerende gewascultuur. Er wordt verwacht dat het grootste deel van de beschikbare energie tijdens omstandigheden met positieve netto straling wordt verdeeld in latente warmtefluxdichtheid in plaats van voelbare warmtefluxdichtheid en bodemwarmtefluxdichtheid. Tijdens winderige nachten was de latente warmteflux nagenoeg nul, terwijl deze tijdens windstille nachten negatief was, wat mogelijk duidt op condensatie.Desalniettemin weegt de bijdrage overdag aan de latente warmteflux veel zwaarder dan de bijdrage 's nachts. Onzekerheden in de nachtwaarden zijn daarom wel interessant, maar relatief onbelangrijk. De dagelijkse cumulatieve evapotranspiratiewaarden komen goed overeen voor het surface renewal-station en een weginglysimeter die naast elkaar zijn geplaatst.In een tarweveld worden wegende lysimeters beschouwd als de gouden standaard voor schattingen van de evapotranspiratie van gewassoppervlakken. Op de meeste dagen was de cumulatieve evapotranspiratie van het Surface renewal-station iets hoger dan de waarden van de Lysimeter.Tower. De metingen vertegenwoordigen fluxen van een breder gebied dan de lysimetermetingen, en op het moment van deze metingen was de tarwe in de lysimeter ongeveer 10 centimeter korter en minder dicht dan de planten en de rest van het veld.Daarom werden hogere evapotranspiratiewaarden van de fluxmast verwacht tijdens de installatie van de apparatuur. Het is belangrijk om te controleren of de sensoren waarden naar de logger sturen voordat u de locatie verlaat na het volgen van deze procedure. Andere metingen, zoals het bladwaterpotentieel, kunnen worden gebruikt om andere vragen te beantwoorden, zoals de waterstatus van de plant na de ontwikkeling.Deze techniek maakte het voor onderzoekers in de landbouw mogelijk om het waterverbruik op veldschaal bij een verscheidenheid aan gewassen te onderzoeken.

surface-renewal-an-advanced-micrometeorological-method-for-measuring

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Oppervlaktevernieuwing: een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de dichtheid van energieflux op veldschaal

We beschrijven een relatief snelle (30 min.) en realistische methode voor het gelijktijdig meten van blad hydraulische geleidbaarheid...

Meting van de Leaf Hydraulische geleiding en stomatale geleidbaarheid en hun reacties op Irradiance en uitdroging Met behulp van de adiabatische Flux Methode (EFM)

Dit artikel toont de statische kamergebaseerde methode voor het meten van broeikasgasflux uit bodembronnen. Met relatief bescheiden investeringen in infrastructuur kunnen metingen worden verkregen uit meerdere behandelingen/locaties en over tijdsbestekken variërend van uren tot jaren.

Meting van Greenhouse Gas Flux uit landbouwgrond met statisch Chambers

Ruimtelijke patronen van bodemerosie en depositie kunnen van verschillen in hoogte van de grond toegewezen op tijdig stappen worden afgeleid. Dergelijke wijzigingen in de hoogte hebben betrekking op wijzigingen in in de buurt van-oppervlakte bodem carbonaten. Herhaalbare methoden voor veld en laboratorium metingen van deze hoeveelheden en data analysemethoden worden hier beschreven.

Meten en in kaart brengen van patronen van bodemerosie en afzetting aan de bodem carbonaat concentraties onder beheer van de landbouw gerelateerde

Karakterisering van erosie van dendrogeomorphology is meestal gericht op nauwkeurig het vinden van de begintijd van de blootstelling van de wortel, door onderzoek van macroscopische of cel niveau veranderingen als gevolg van blootstelling. Hier bieden wij een gedetailleerde beschrijving van verschillende nieuwe technieken om zeer nauwkeurige microtopographic gegevens nauwkeuriger erosie tarieven te verkrijgen.

Laboratorium en veld Protocol voor het schatten van blad erosie vanaf Dendrogeomorphology

Landschap processen zijn kritieke onderdelen van bodemvorming en spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de bodemeigenschappen en ruimtelijke structuur in landschappen. Wij stellen voor een nieuwe aanpak met stapsgewijze belangrijkste component regressie te voorspellen van herverdeling van de bodem en organische koolstof van de bodem op verschillende ruimtelijke schalen.

Gebruik van Principal Components voor schaalvergroting van modellen van de topografische kaart van herverdeling van de bodem en bodemverontreiniging organische koolstof

Het gepresenteerde protocol maakt gebruik van de Eddy covariantie methode op niet-typische locaties, van toepassing op alle soorten korte-Canopy ecosystemen met beperkte oppervlakte, op een momenteel herbeboste windthrow site in Polen. Details over het meten van site-instellingsregels, flux berekeningen en kwaliteitscontrole en eindresultaat analyse worden beschreven.

Metingen van CO2 -fluxes op niet-ideale Eddy covariantie-locaties

Een nauwkeurige schatting van de Leaf Area index (LAI) is cruciaal voor veel modellen van materiaal-en energiestromen in planten ecosystemen en tussen een ecosysteem en de atmosferische grenslaag. Daarom waren drie methoden (strooisel vallen, naald techniek en PCA) voor het nemen van precieze LAI-metingen in het gepresenteerde protocol.

Blad gebied index schatting met behulp van drie verschillende methoden in zuivere Bladverliedige stands

Snelle en nauwkeurige schatting van de bladoppervlakte-index (LAI) in terrestrische ecosystemen is cruciaal voor een breed scala aan ecologische studies en het kalibreren van teledetectieproducten. Hier wordt het protocol gepresenteerd voor het gebruik van het nieuwe LP 110 optische apparaat voor het uitvoeren van grondgebaseerde in situ LAI-metingen.

Veldmeting van effectieve bladgebiedindex met behulp van optisch apparaat in vegetatiedak

De bepaling van het bodemwatergehalte is een kritieke missievereiste voor veel staats- en federale agentschappen. Dit protocol synthetiseert multi-agency inspanningen om het bodemwatergehalte te meten met behulp van begraven in situ sensoren.

Ter plaatse Bodemvochtsensoren in ongestoorde bodems

Recente ontwikkelingen op het gebied van op afstand bestuurde vliegtuigsystemen (RPAS) maken een resolutie van minder dan een meter mogelijk, ideaal voor het monitoren van bosherstel. De integratie van kunstmatige intelligentie (AI) maakt diepere inzichten mogelijk uit grote datasets met teledetectie. Dit protocol verbetert de monitoring door een efficiëntere beoordeling en beheer van beboste gronden die herstellen van verstoring.

Verzamelen en verwerken van op drones gebaseerde op afstand gedetecteerde gegevens voor gebruik bij het monitoren van bosherstel

Dit manuscript beschrijft een niet-destructieve, hoogdoorvoerbenadering voor autonome veldmetingen van fotosysteem II kwantumefficiëntie, spectrale reflectie en plantenarchitectuur, waardoor grootschalige canopy-fotosynthese fenotypering mogelijk is in agronomische en veredelingsveldproeven.

Hoogwaardige screening in het veld van fotosynthetische efficiëntie in gewasplanten met behulp van een autonome robot

Leer hoe je een oppervlaktevernieuwingssysteem installeert voor het meten van energiefluxdichtheid op veldschaal. Deze micrometeorologische methode meet evapotranspiratie en ondersteunt telers bij irrigatiebeslissingen in diverse agrarische ecosystemen.

Oppervlaktevernieuwing: Een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de energiefluxdichtheid op veldschaal (Video) | JoVE Journal

Oppervlaktevernieuwing: Een geavanceerde micrometeorologische methode voor het meten en verwerken van gegevens over de energiefluxdichtheid op veldschaal

Meer video's verkennen