Odnawianie powierzchni: zaawansowana metoda mikrometeorologiczna do pomiaru i przetwarzania danych o gęstości strumienia energii w skali pola

Ogólnym celem tej procedury jest zainstalowanie systemu odnawiania powierzchni w celu pomiaru i przetwarzania danych o gęstości strumienia energii w skali pola. Osiąga się to poprzez zainstalowanie najpierw obudowy rejestratora danych wieży i panelu słonecznego w terenie. Drugim krokiem jest przymocowanie czujników do wieży.

Następnie przewody czujnika są podłączane do rejestratora danych. Ostatnim krokiem jest połączenie się z rejestratorem danych za pomocą laptopa, wgranie programu do rejestratora danych i sprawdzenie, czy rejestrator danych odbiera sygnały z czujników. Ostatecznie odnawianie powierzchni służy do pomiaru ewapotranspiracji ekosystemu, dostarczając informacji przydatnych hodowcom przy podejmowaniu decyzji dotyczących nawadniania w różnych ekosystemach rolniczych.

Chociaż metoda ta dostarcza informacji na temat wykorzystania wody w rolnictwie i miastach, ma również zastosowanie w ekosystemach naturalnych, na przykład w leśnictwie i na terenach podmokłych. Implikacje tej techniki rozciągają się na zarządzanie nawadnianiem, ponieważ ewapotranspiracja jest główną przyczyną utraty wody z systemów produkcji roślinnej. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały problemy, ponieważ nie wiedzą, jak zainstalować sprzęt lub sprawdzić, czy działa poprawnie.

Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy obserwacje danych o turbulencjach doprowadziły nas do zaadaptowania koncepcji odnawiania powierzchni z inżynierii chemicznej do nauk o atmosferze. Procedura ta zostanie zademonstrowana przez członków naszego zespołu, Ricka Snydera i PA oraz postdoców, Arturo Calderone i Toma Chaplina. Rozpocznij ten eksperyment od ustalenia lokalizacji stacji terenowej i oceny kierunku wiatru zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Przygotuj jak najwięcej sprzętu w laboratorium przed wyjazdem w teren. Najpierw podłącz czujniki do rejestratora danych. Następnie podłącz RS 2 32 między laptopem a portem rejestratora danych.

Otwórz program interfejsu, aby komunikować się z rejestratorem danych, a następnie połącz się z nim. Następnie wgraj gotowy program rejestratora danych do rejestratora danych. Sprawdź wartości danych dla wszystkich czujników, aby zobaczyć, czy wszystko działa poprawnie.

Po ustaleniu odpowiedniej pozycji dla stacji w polu badawczym należy ustawić wieżę, ustabilizować stopy wieży za pomocą dostarczonych kołków. Wbij długi miedziany pręt uziemiający w glebę mini młotem kowalskim w miejscu, które nie będzie kolidować z glebą. Płyty topnika cieplnego.

Podłącz pręt uziemiający do wieży za pomocą grubego drutu i dostarczonych złączy. Przymocuj obudowę rejestratora danych do głównej osi wieży za pomocą w kształcie litery U dostarczonych przez producenta. Zamontuj dwie płyty strumienia ciepła gleby białą kropką do góry na długości pięciu centymetrów w przestrzeni międzyrzędziowej, z dala od emiterów nawadniania kropelkowego.

Podłącz przewody płyty strumienia ciepła do trzeciego i czwartego kanału rejestratora danych jako czujników różnicowych. Zamontuj termoparę glebową, aby objąć objętość gleby nad płytą strumienia ciepła gruntu, aby uwzględnić zmianę magazynowania ciepła nad płytami. Podłącz termoparę gleby do rejestratora danych na kanale piątym jako czujnik różnicowy.

Zamontuj radiometr sieciowy na ramieniu poprzecznym. Wysięgnij nad baldachimem i skieruj się na południe. Podłącz radiometr sieciowy do rejestratora danych na kanale drugim.

Jako czujnik różnicowy. Zamontuj termoparę z cienkiego drutu na jednym końcu ramienia poprzecznego i nad baldachimem. Próbki temperatury powietrza będą pobierane przy termoparach o częstotliwości 10 Hz.

Do tych pomiarów używa się zazwyczaj średnicy 76 mikronów. Podłącz termoparę z cienkim drutem do rejestratora danych na kanale pierwszym jako czujnik różnicowy, w którym fioletowy przewód przechodzi do jednego H, czerwony przewód do jednego L, a przezroczysty przewód do masy sygnału. Zamontuj anemometr soniczny na drugim końcu ramienia poprzecznego za pomocą nowego łącznika szynowego do pomiaru trójwymiarowych prędkości wiatru i temperatury dźwięku przy 10 hercach.

Do obliczania jawnego strumienia ciepła współwariancji wirów. Zamontuj anemometr soniczny tak, aby środek obszaru pomiaru znajdował się na tej samej wysokości co termopara z cienkiego drutu. Następnie podłącz zasilacz do rejestratora danych.

Podłącz laptopa do rejestratora danych za pomocą portu kablowego RS 2 32 z przodu rejestratora danych. Korzystanie z gotowego rejestratora danych. Sprawdź wartości danych dla wszystkich czujników, aby upewnić się, że wszystko działa poprawnie.

Odkręć nowy łącznik szyny i opuść główny pionowy maszt, na którym znajduje się radiometr sieciowy. Zegnij izolowany przewód termopary na jego styku z metalowym cylindrem. Ostrożnie zanurz odsłonięte przewody termopary w słoiku z sokiem z cytryny, uważając, aby nie uderzyć odsłoniętymi przewodami o słoik.

Usuń sok z cytryny z czujnika, zanurzając przewody w słoiku z wodą dejonizowaną. Ponownie wyprostuj drut termopary na jego styku z metalem. Spryskaj radiometr sieciowy wodą dejonizowaną i osusz go chłonnymi chusteczkami.

Podnieś pionowy maszt do jego pierwotnej pozycji. Ponownie dokręć nowe dociskowe szyn i wypoziomuj radiometr sieciowy. Przykładowy ślad temperatury mierzony za pomocą termopary z cienkiego drutu jest przedstawiony tutaj.

Ten ślad pokazuje potrzebę analizy matematycznej w celu wydobycia sygnału z tych surowych danych. Oględziny tych danych ujawniają trzy lub cztery główne rampy kończące się na około 12, 35, 46 i 72 sekundach. Wszystkie składniki bilansu energetycznego przebiegają według podobnego dobowego wzorca, przy czym wartości szczytowe występują w środku dnia.

Promieniowanie netto jest dodatnie w ciągu dnia, ponieważ powierzchnia otrzymuje więcej promieniowania niż traci, a ujemne w nocy, ponieważ powierzchnia traci więcej promieniowania niż otrzymuje. Pokazuje krzywą dobową oczekiwaną dla słonecznych wiosennych dni w północnej Kalifornii. Gęstość strumienia ciepła w glebie również przebiega zgodnie ze wzorcem dobowym.

Jest dodatnia w ciągu dnia, ponieważ energia jest odprowadzana z powierzchni do ziemi, a ujemna w nocy. Ponieważ więcej energii jest odprowadzane od dołu na chłodniejszą powierzchnię, utajony strumień ciepła podąża za oczekiwaną krzywą dobową nad uprawą z odpowiednią ilością wody. Podczas dobrej pogody promieniowanie netto jest dominującym źródłem energii dla ewapotranspiracji.

Tak więc wartości gęstości strumienia ciepła utajonego śledzą zmiany promieniowania netto w ciągu dnia nad aktywnie transpirającymi uprawami. Oczekuje się, że większość dostępnej energii w warunkach dodatniego promieniowania netto jest dzielona na utajoną gęstość strumienia ciepła, a nie na jawną gęstość strumienia ciepła i gęstość strumienia ciepła gleby. Podczas wietrznych nocy strumień ciepła utajonego był bliski zeru, podczas gdy w spokojne noce był ujemny, co może wskazywać na kondensację.

Niemniej jednak wkład dnia w strumień ciepła utajonego znacznie przewyższa wkład w nocy. Tak więc niepewności w wartościach nocnych są interesujące, ale stosunkowo nieistotne. Dzienne skumulowane wartości ewapotranspiracji są zgodne dla stacji odnawiania powierzchni i lizymetru wagowego umieszczonych obok siebie.

Na polu pszenicy lizymetry do ważenia są uważane za złoty standard w szacowaniu ewapotranspiracji na podstawie powierzchni upraw. Przez większość dni skumulowana ewapotranspiracja ze stacji odnawiania powierzchni była nieco wyższa niż wartości z Lysimeter.Tower. Pomiary reprezentują strumienie z szerszego obszaru niż pomiary lizymetryczne, a w czasie tych pomiarów pszenica w lizymetrze była o około 10 centymetrów krótsza i mniej gęsta niż rośliny i pozostała część pola.

W związku z tym podczas instalacji sprzętu spodziewano się wyższych wartości ewapotranspiracji z wieży strumienia. Ważne jest, aby sprawdzić, czy czujniki zwracają wartości do rejestratora przed opuszczeniem miejsca Postępując zgodnie z tą procedurą. Inne pomiary, takie jak potencjał wodny liści, można wykorzystać, aby odpowiedzieć na inne pytania, takie jak stan wody w roślinie po jej rozwoju.

Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się rolnictwem do zbadania zużycia wody na skalę polową w różnych uprawach.