Construção de um escudo de radiação compacto de baixo custo para sensores de temperatura do ar em estudos ecológicos

Resumo

Com o advento de sensores ambientais de pequenos e de baixo custo, agora é possível implantar redes de alta densidade de sensores para medir a variação de temperatura localizados hiper. Aqui, nós fornecemos uma metodologia detalhada para a construção de uma versão compacta de um escudo de radiação descrito anteriormente personalizado-fabricadas para uso com thermochrons barato.

Resumo

Sensores de temperatura de baixo custo são cada vez mais usados pelos ecologistas para avaliar a variação climática e mudar em escalas ecologicamente relevantes. Embora o custo-benefício, se não implantado com blindagem de radiação solar adequada, as observações registradas destes sensores será tendencioso e impreciso. Escudos de radiação fabricados são eficazes para minimizar esse viés, mas é caro comparado com o custo destes sensores. Aqui, nós fornecemos uma metodologia detalhada para a construção de uma versão compacta de um escudo de radiação fabricados personalizado descrito anteriormente, que é mais preciso do que outros métodos publicados de blindagem que tentam minimizar custos de tamanho ou construção de escudo. O método requer muito pouco material: papelão ondulado folhas de plástico, fita adesiva de alumínio da folha e abraçadeiras. Um 15 cm e dois 10 cm quadrados de plástico corrugado são utilizados para cada escudo. Após o corte, marcar, gravar e grampeamento das folhas, os quadrados de 10 cm formam fundo protetor de duas camadas da radiação solar, enquanto que o quadrado de 15 cm de forma a camada superior. As três folhas são realizadas juntamente com abraçadeiras. Este escudo de radiação solar compacto pode ser suspenso ou colocado contra qualquer superfície plana. Deve ter cuidado para garantir que o escudo é completamente paralelo ao solo para evitar a radiação solar direta atinja o sensor, possivelmente causando aumento quentes vieses nos sites expostas ao sol pela manhã e à tarde em relação a original, maior projeto. Mesmo assim, as diferenças nas temperaturas gravadas entre o projeto de escudo menor, compacto e o projeto original eram pequenas (quer dizer preconceito diurno = 0,06 ° C). Os custos de construção são menos da metade do projeto original do escudo e os novos resultados do projeto em um instrumento menos visível que pode ser vantajoso em muitas configurações de ecologia de campo.

Introdução

À luz do aquecimento global antropogênico, tem havido um interesse crescente na gravação de temperatura do ar em uma variedade de configurações para compreender e prever respostas ecológicas para clima mudam^1,2,3. Com o advento dos gravadores de dados ambientais de pequeno e de baixo custo (também referido como registradores de dados thermochrons e hygrochrons), agora é possível implantar redes de alta densidade de sensores para medir a variação de temperatura localizados hiper, aumentando capacidade dos ecologistas para observar mais diretamente as ambientes condições ambientais experimentadas por organismos e ecossistemas em estudo. Comparado aos existentes, bem calibrado e rigorosamente testado — mas escassamente distribuídos — tempo permanente das estações, tais oportunidades presentes redes para avaliar a variação climática em escalas ecologicamente relevantes mas pode reduzir a precisão ou a comparabilidade entre os estudos se implantado de forma inconsistente ou inadequadamente.

Sensores de temperatura do ar perto da superfície, normalmente, exigem algum tipo de radiação solar, blindagem para evitar o aquecimento directo do elemento sensor, que resultaria em medições erroneamente quentes. Maneiras comuns para limitar o viés de sensor incluem: 1) usar os recursos ambientais existentes tais como árvores para sombreamento⁴, 2) viés de correção e de calibração de sensor⁵ derivada correções com base em Propriedades térmicas dos sensores e 3) a utilização da fabricado ou personalizado fabricado escudos^6,7. Muitos pesquisadores escolhem usar personalizados escudos fabricados por causa do baixo custo e fácil implantação e necessidade em situações onde as condições ambientais não fornecem sombreamento natural. No entanto, uma revisão da literatura ecológica indicou que o design personalizado fabricados escudos varia amplamente entre os estudos, projetos individuais raramente são testados para a exatidão. Os escudos não testados podem ser suscetíveis a má escolha de materiais e desenho de aquecimento adicional das moléculas do ar circundante imediatamente o sensor, absorção direta de radiação solar pelo sensor em si ou ambos-levando a preconceitos médios de até 3 ° C⁷. Por outro lado, simples e econômica de projetos^6,7 são bastante eficazes na blindagem sensores (preconceitos de 1 ° C ou menos) e são comparáveis aos escudos de radiação comercialmente manufaturados.

Aqui, nós fornecemos uma metodologia detalhada para a construção de uma radiação fabricados personalizado anteriormente avaliados escudo⁷ para uso com sensores de temperatura thermochron barato. O projeto do escudo é uma modificação de um anteriormente descrita e testada em uma floresta de pinheiros Ponderosa aberta configuração⁶. Em recentes testes de diversos projetos personalizados-fabricadas escudo, este escudo Montano-testado resultou nos preconceitos menores quando emparelhado com pequenas thermochrons⁷, mas achamos complicado e muito evidente para implantar no campo. O protocolo do projeto aqui proposto reduz as dimensões do escudo radiação em 50%. Essa redução no tamanho tem diversos benefícios: 1) é menos visível e, portanto, menos suscetível a adulteração, 2) pode ser mais viável usada em uma ampla variedade de configurações ecológicas onde o espaço é limitado (por exemplo, em pequenas árvores de ruas urbanas), 3) é é mais preciso do que outra publicada blindagem métodos que tentam minimizar o tamanho do escudo ou de custos de construção⁷e 4) é menos caro do que o projeto original, maior devido a reduzida quantidade de materiais de construção necessários. Após descrever os métodos de construção, podemos explorar o efeito da redução de tamanho na precisão do sensor em relação ao projeto original do escudo usando os resultados de um teste de campo realizado sob condições de alta radiação solar para baixo.

Protocolo

1. construção do escudo de radiação

1. Usando uma faca, corte as folhas de plástico corrugadas em quadrados (figura 1A). Um quadrado de 15 cm e dois quadrados de 10cm serão necessários para cada escudo.
2. Cortes para a camada superior do escudo pequenas de radiação (figura 1B; imagem esquerda):
   1. No quadrado de 15 cm, medir de uma borda de 4 cm e desenhar uma linha com um lápis. Use uma régua como guia para marcar ao longo da linha. (Neste documento, "marcando" significa usando uma faca para fazer um corte que atravessa apenas uma camada de folha plástica ondulada, ao invés da folha inteira). De agora em diante você será referida esta borda do quadrado como o "top" (figura 1B; imagem esquerda).
   2. 3,8 cm das bordas que são perpendiculares à linha de 4 cm de medida. Use uma régua como um guia a Pontuação do fundo até a linha de 4 cm (figura 1B; imagem esquerda).
   3. Desenhe uma linha de ambos os cantos acima da linha de 4 cm para a junção das linhas de 4 cm e 3,8 cm. Corte ao longo desta linha (figura 1B; imagem esquerda).
3. Cortes para as camadas média e inferior do escudo pequenas de radiação (figura 1B; médio e mesmo imagens):
   1. Usando um compasso, desenhe um quadrado de 6 cm no meio de cada quadrado de 10 cm (figura 1B; médio e direito de imagens).
   2. Pontuação em toda a Praça de 6 cm e de cada canto do quadrado para os cantos exteriores do quadrado 10 cm 6 cm (figura 1B; médio e direito de imagens).
4. Use fita da folha de alumínio para cobrir completamente o lado marcou o quadrado de 15 cm e um dos quadrados de 10 cm e o lado não-marcado do outro quadrado de 10 cm.
5. Usando uma broca de 1/4" um pouco, fazer furos, conforme mostrado na Figura 1, em cada uma das camadas do escudo.
6. Anexar um sensor de temperatura na parte de baixo do quadrado, 10 cm que é colado no lado marcou e tem dois furos no meio, executando a abraçadeira através do orifício da caixa do sensor (ou seu dispositivo de montagem) e através dos orifícios do sq 10 cm uare (Figura 1).
7. Dobrar os lençóis.
   1. Dobre a folha de 15 cm ao longo das linhas marcadas. Pressão pode ser necessário caso a fita faz os lados apertado e difícil de dobrar.
   2. Dobre as abas triangulares pequenas no interior da aba traseira maior. Quando isso for feito corretamente, apenas gravado os lados são visíveis de cima. A borda de corte da aba traseira deve ser alinhada com os lados dobrados.
   3. Use uma outra camada de fita de alumínio para proteger os lados dobrados para a tampa traseira. As aletas traseiras também poderiam ser grampeadas juntos, com um grampeador resistente, para a força adicionada.
   4. Pegue as folhas de 10 cm e beliscar os lados juntos na diagonal marcado a linha. Usando um grampeador resistente, grampear o comprimido lados juntos (Figura 1E). O produto final terá uma forma de quadrado-tigela.
8. Amarrando as folhas junto com abraçadeiras de 20 cm.
   1. Começando com a folha de 10 cm colada no lado unscored, com três furos, posicione o lado gravado para baixo. Rosqueie uma abraçadeira através do orifício traseiro esquerdo de ambas as folhas de 10 cm. Deixe o espaçamento vertical de 2 cm entre as duas folhas para assegurar o fluxo de ar à volta do sensor de temperatura. Repita esta etapa para o buraco traseira direito (Figura 1E; médio e direito de imagens).
   2. Pegue a folha de 15 cm e passe uma abraçadeira através de dois furos lado a lado, na parte de trás esquerda (Figura 1E; imagem esquerda). Anexe esta gravata para as folhas de 10 cm, também deixando 2 cm de espaço entre a folha de 15 cm e a parte superior da folha superior de 10 cm. Repita este passo para os dois furos de lado a lado na parte traseira direita (Figura 1E; imagem esquerda).
   3. Finalmente, passar um abraçadeira todos os três furos na parte dianteira as folhas (indicados pela seta; Figura 1E). Aperte a abraçadeira, garantindo que o espaço é mesmo entre todas as três folhas (Figura 1F).
9. Fazer furos adicionais no back-end do produto final montado para facilitar a montagem, onde for necessário. Onde quer que o escudo é montado, certifique-se de que as folhas de três leigos paralelas ao solo.

Figura 1: instruções passo a passo para construir um escudo de radiação pequeno. (A) 15 cm e 10 cm quadrados são cortados fora a grande folha de plástico corrugado. (B) a 15 folhas de cm são então cortadas e marcou, e as folhas de 10 cm são marcadas para permitir a flexão do escudo para a forma correta. (C) são furos em cada folha. (D) o sensor está ligado a uma das folhas de 10 cm. (E) o escudo é montado usando várias braçadeiras. (F) o escudo final está pronto para a instalação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Resultados

Resultados representativos usando thermochrons equipado com o novo, projeto de escudo menor, o projeto original de escudo maior e o thermochrons com nenhum escudo de radiação são mostrados na Figura 2 e Figura 3. Esses dados foram registrados em um local totalmente exposto rural perto de Raleigh, NC (35.728 ° N, 78.680 ° W) e foram apostos para uma bem calibrada estação meteorológica permanente, equipada com um...

Discussão

A precisão e a reprodutibilidade das medições de temperatura do ar dependem da utilização de um protetor solar apropriado que protege o sensor de radiação solar direta e refletida. Aqui descrevemos a construção de tal um escudo que é mais compacto no tamanho, mais barato, ou mais rápido para construir do que dispositivos similares, descrito anteriormente⁶, sem sacrificar a precisão. 94% das temperaturas gravadas para o thermochrons equipado com o escudo menor estavam dentro de 1,0 ° C, o melhor de...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Fita de Folha de Alumínio Multiuso	Nashua	1087671	48 mm de largura
8" abraçadeiras	DTOL	GEN86371	NA
Folha de plástico corrugado	Fornecimento de tráfego rodoviário	hts18X24COROW	Folha branca 18"L x 24"W, pacote de 5
facas padrão	NA	NA	NA NA
Tesoura padrão	NA	NA	NA
Grampeador para cargas pesadas	Swingline	552277715	NA