$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Niedobór wody zagraża zrównoważonemu rolnictwu w suchych regionach uprawy. Sytuacja ta prawdopodobnie pogorszy się wraz ze zmieniającymi się warunkami klimatycznymi i rosnącą konkurencją między podmiotami rolniczymi, komunalnymi, przemysłowymi i konserwatorskimi o ograniczone zasoby wody. Aby poradzić sobie z tym ciągłym dylematem, hodowcy nieustannie poszukują sposobów na poprawę wydajności nawadniania, a technologia, która lepiej szacuje zużycie wody przez uprawy (tj. ewapotranspirację, ET) w czasie rzeczywistym, oraz lepsze metody agrometeorologiczne z pewnością pomogą w tych wysiłkach. Obecne technologie stosowane przez hodowców do szacowania ET zależą od zastosowania ewapotranspiracji referencyjnej (ET0) i empirycznego współczynnika upraw (Kc), które są bardzo podatne na błędy szacunkowe. Agrometeorolodzy mierzą również ET w celu oceny eksperymentalnych zabiegów poprawiających efektywność wykorzystania wody w uprawach1 oraz w celu sparametryzowania regionalnych strategii alokacji wody2, ale metody te są wysoce techniczne i kosztowne. Obecnie trwają prace nad przełożeniem istniejących, opartych na badaniach metod pomiaru ET na opłacalne i przyjazne dla użytkownika technologie dla hodowców.
Odnowienie powierzchni (SR) to jedna z metod agrometeorologicznych używanych do pomiaru ET upraw. SR opiera się na analizie budżetu energetycznego działek powietrznych, które znajdują się efemerycznie w koronach roślin podczas procesu turbulentnej wymiany3, mierzonego za pomocą stacji pokazanej na rysunku 1 i zilustrowanej teoretycznie na rysunku 2 i filmie 1. Paczki powietrzne są manifestowane jako kształty przypominające rampy w danych szeregów czasowych turbulentnej temperatury, a amplituda i okres ramp są wykorzystywane do obliczania gęstości strumienia (rysunki 2 i 3). W przypadku metody SR ET dla danej powierzchni uprawy określa się poprzez obliczenie gęstości strumienia ciepła utajonego (LE) jako reszty następującego równania bilansu energetycznego
LE=R n-G-H,
Tutaj LE to gęstość strumienia energii związana ze zmianą fazową wody z powierzchni uprawy, Rn to promieniowanie netto, G to gęstość strumienia ciepła gleby (tj. energia doprowadzona do lub z ziemi), a H to jawna gęstość strumienia ciepła (tj. gęstość strumienia energii z powierzchni do powietrza lub odwrotnie, która powoduje zmianę temperatury). Rn jest liczbą dodatnią, gdy strumień netto jest skierowany w dół (energia dodana do powierzchni), LE i H są liczbami dodatnimi, gdy strumień jest w górę (energia dodana do powietrza), a G jest liczbą dodatnią, gdy strumień jest w dół (energia dodana do gleby). LE (MJ/m2sek) jest następnie dzielone przez utajone ciepło parowania (L=2,45 MJ/kg) w celu uzyskania gęstości strumienia masowego pary wodnej z powierzchni (tj. ET).
Pomiary Rn i G są stosunkowo proste i tanie. Bezpośrednie pomiary H są bardziej złożone i wymagają akwizycji danych o wysokiej częstotliwości. Najczęstszą metodą określania H jest kowariancja wirowa; jednak anemometr soniczny wymagany do tej metody jest drogi, skomplikowany i w związku z tym nie jest powszechnie stosowany przez agronomów, ogrodników lub inżynierów do określania H i LE. Z drugiej strony, H pochodzące z techniki SR uzyskuje się prostszą i tańszą metodą, która wykorzystuje termopary drobnodrutowe do pomiaru temperatur powietrza o wysokiej częstotliwości na granicy powierzchni i atmosfery. Pomimo prostoty SR, obecne pomiary nadal wymagają kalibracji w stosunku do oszacowania kowariancji wirów H przez anemometr soniczny w celu uzyskania jawnej gęstości strumienia ciepła.
Pomyślne wdrożenie wieży strumienia SR do pomiarów ET może być trudnym wyzwaniem, szczególnie dla wielu badaczy rolnictwa bez formalnego wykształcenia w zakresie nauk o atmosferze. Pomiary kowariancji SR i wirów wymagają zaawansowanych umiejętności technicznych zarówno w zakresie programowania rejestratorów danych do wykonywania zadań ze złożonym oprzyrządowaniem, jak i pisania programów komputerowych w celu przetworzenia surowych danych o turbulencjach w znaczące strumienie. W tym miejscu opisujemy, jak skonfigurować stację terenową, zainstalować czujniki i wykorzystać nasz nowy program do rejestrowania danych pod klucz do procedur gromadzenia danych i przetwarzania końcowego.