Методическая статья

Строительство компактный лоу кост излучения щита для датчиков температуры воздуха в экологической области исследований

DOI:

10.3791/58273

⸱

6 ноября 2018 г.

 ,  , 
1U.S. Geological Survey, Southeast Climate Adaptation Science Center, 2Department of Applied Ecology, NC State University, 3Department of Entomology and Plant Pathology, NC State University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

С появлением небольших, недорогих экологических датчиков это теперь можно развернуть высокой плотности сетей датчиков для измерения гипер локализованных температуры. Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения компактная версия ранее описанных пользовательские сфабрикованы радиационного щита для использования с недорогой thermochrons.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Низкая стоимость температурные датчики используются чаще экологов для оценки климатических изменений и изменений на экологически соответствующих шкал. Несмотря на экономически эффективным, если не развернуты с правильной солнечной радиации экранирования, наблюдениях, зарегистрированную от этих датчиков будет предвзятым и неточными. Излучения производства щитов являются эффективными при минимизации этой предвзятости, но дорого по сравнению со стоимостью этих датчиков. Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения компактная версия ранее описанных пользовательские сфабрикованы радиационного щита, который является более точным, чем другие опубликованные защитные методы, которые пытаются свести к минимуму размер или строительные расходы щит. Этот метод требует очень мало материала: гофрированных пластиковых листов, алюминиевая фольга клейкой лентой и стяжек. Один из 15 см и два 10 см квадратов гофрированного пластика используются для каждого щита. После резки, озвучивание, лентой и сшивание листов, 10 см квадраты образуют нижней два слоя солнечного излучения щит, в то время как 15 см площади образует верхний слой. Три листа проводятся вместе с бандажами. Этот компактный солнечной радиации щит может быть приостановлена или помещены против любой плоской поверхности. Необходимо позаботиться о том, чтобы щит полностью параллельна земле, чтобы предотвратить прямой солнечной радиации от достижения датчик, возможно причинение увеличение утром и вечером по отношению к оригинальной, больше теплых предубеждения в солнце открытые сайты дизайн. Тем не менее, различия в записанных температур между щит меньший, компактный дизайн и оригинальный дизайн были небольшими (означает дневное смещения = 0,06 ° C). Расходы на строительство составляют меньше половины оригинального дизайна щит, и новый дизайн результаты в менее заметной инструмент, который может оказаться полезным во многих местах экологии.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

С учетом антропогенного глобального потепления, наблюдается растущий интерес к записи температуры воздуха в различных параметров для понимания и прогнозирования экологической реакции климата изменения1,2,3. С появлением небольших, недорогих экологических данных рекордеры (также упоминаемый как регистраторы данных, thermochrons или hygrochrons), это теперь можно развернуть высокой плотности сетей датчиков для измерения изменения гипер локализованных температуры, повышение экологов возможность непосредственно наблюдать испытываемых организмов и экосистем при исследовании окружающего условий окружающей среды. По сравнению с существующими, хорошо калиброванный и тщательно протестированные — но малонаселенной распределенных — постоянный Погода станции, такие сети открывают возможности для оценки климатических изменений на экологически соответствующих шкал, но может уменьшить точность и сопоставимость Среди исследований, если развертывание непоследовательно или ненадлежащим образом.

Датчики температуры воздуха у поверхности обычно требуется некоторый тип солнечной радиации, экранирование для предотвращения прямого нагрева элемента датчика, который приведет к ошибочно теплой измерений. Общие способы ограничения смещения датчика включают: 1) с помощью существующих экологических функций, таких как деревья для тени4, 2) уклоном, коррекция и калибровки датчика5 , что полученные исправления на основе тепловых свойств датчиков и 3) использование изготовленные или пользовательские сфабрикованы щиты6,7. Многие исследователи предпочитают использовать пользовательские сфабрикованы щитов из-за низкой стоимости и простое развертывание и необходимость в ситуациях, где экологические условия не дают природные затенение. Однако обзор экологической литературы указал, что дизайн пользовательские сфабрикованы Шилдс варьируется среди исследований, и индивидуальные проекты редко проверяются на точность. Непроверенных щиты могут быть восприимчивы к плохой выбор материалов и конструкции, которые вызывают дополнительное отопление молекул воздуха непосредственно вокруг датчика, Прямая абсорбция солнечного излучения датчика, сам или так ведущих в среднем уклоны до 3 ° C7. С другой стороны простой и экономически эффективных конструкций6,7 являются весьма эффективными в защитные датчики (предубеждения 1 ° c или меньше) и сопоставимы с коммерчески выпускаемой излучения щитов.

Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения ранее вычисленное пользовательские сфабрикованы излучения щит7 для использования с недорогой thermochron датчики температуры. Дизайн щита является модификацией одного ранее описанных и испытаны в лесу сосна жёлтая открытой установки6. В недавних испытаний конструкций нескольких пользовательские сфабрикованы щит этот щит горные испытания привели к низким предубеждения, когда в паре с небольшой thermochrons7, но мы нашли его громоздким и слишком заметным для развертывания на местах. Дизайн протокола, предложенные здесь уменьшает размеры радиационного щита на 50%. Такое сокращение в размере имеет несколько преимуществ: 1) это менее заметны и поэтому менее восприимчивым к фальсификации, 2) он может более реально использоваться в более широкий спектр экологических параметров где космос лимитирован (например, на небольших городских уличных деревьев), 3) ИТ является более точным, чем другие опубликованные защитные методы, которые пытаются свести к минимуму размер щита или строительные расходы7и 4) это дешевле, чем оригинал, крупных дизайн за счет сокращения количества строительных материалов требуется. После описания методов строительства, мы исследуем эффект уменьшения размера на датчик точности по сравнению с оригинальным дизайном щит, используя результаты полевых испытаний, в условиях высокой вниз солнечной радиации.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Строительство радиационного щита

  1. Используя нож, гофрированные листы пластика разрежьте на квадраты (рис. 1A). Один квадрат 15 см и 10 см на две клетки будут необходимы для каждого щита.
  2. Вырезы для верхнего слоя щита небольшой излучения (рис. 1B; изображение слева):
    1. На площади 15 см 4 см от одного края и нарисуйте линию с карандашом. Линейкой можно используйте в качестве руководства для Оценка вдоль линии. (Здесь, «озвучивание» означает используя нож, чтобы сделать разрубом, который проходит через только один слой гофрированного пластиковый лист, а не весь лист). Отныне этот край квадрата будет именоваться «сверху» (рис. 1B; изображение слева).
    2. Мера 3.8 см от края, которые перпендикулярны линии 4 см. Линейкой можно используйте в качестве руководства для Оценка от дна до линии 4 см (рис. 1B; изображение слева).
    3. Нарисуйте линию от обоих углы выше линии 4 см на стыке линии 4 см и 3,8 см. Разрежьте вдоль этой линии (рис. 1B; изображение слева).
  3. Отрубы для среднего и нижнего слоев малых излучения щита (Рисунок 1B; средний и правый изображения):
    1. С помощью линейкой, нарисуйте квадрат 6 см в середине каждого квадрата 10 см (рис. 1B; средний и правой изображения).
    2. Оценка всех вокруг площади 6 см и от каждого угла 6 см, квадратный на внешних углах 10 см квадратных (рис. 1B; Ближний и право изображения).
  4. Используйте алюминиевая фольга лента для полностью покрывают забил стороны площади 15 см и один из квадратов 10 см и снимите забил стороне площади 10 см.
  5. С помощью 1/4" сверло, сверлить отверстия, как показано в рисунке 1 c, в каждом из слоев щита.
  6. Прикрепите датчик температуры в нижней части 10 см квадрат, который записан на стороне забил и имеет два отверстия, просверленные в середине, запустив кабельная стяжка через ушко корпус датчика (или его монтажа устройства) и через отверстия в 10 см кв uare (рис. 1 d).
  7. Складные листы.
    1. Сложите лист 15 см вдоль линии забил. Давление может потребоваться в случае, если лента делает стороны жесткой и трудно сложить.
    2. Укол небольшой треугольный заслонки внутри больших щиток обратно. Когда это сделано правильно, только тесьмой стороны видны из выше. Среза обратной заслонки должны быть заподлицо с сложенном стороны.
    3. Используйте другой слой алюминиевой ленты для обеспечения сложенном стороны задней лоскут. Задняя заслонки может также сшиваются вместе, с тяжелых степлером, для дополнительной прочности.
    4. Взять 10 см листы и щепотку стороны вместе вдоль диагонали забил линии. С помощью тяжелых степлером, штапельное ущипнул стороны вместе (Рисунок 1E). Конечный продукт будет иметь форму площади чаша.
  8. Связывая листы вместе с бандажами 20 см.
    1. Начиная с 10 см лист, выявляется на стороне unscored, с тремя отверстиями, поместите тесьмой вниз. Протяните кабель галстук в левой задней отверстие обоих листов 10 см. Оставьте 2 см расстояние по вертикали между двумя листами для обеспечения потока воздуха вокруг датчика температуры. Повторите этот шаг назад правой отверстия (Рисунок 1E; средний и правый изображения).
    2. Возьмите лист 15 см и пройти кабельная стяжка через два отверстия бок о бок, сзади слева (Рисунок 1E; изображение слева). Прикрепите этот галстук листы 10 см, также оставляя 2 см пространства между верхней части листа верхней 10 см и 15 см лист. Повторите этот шаг для двух бок о бок отверстия в задней правой (Рисунок 1E; изображение слева).
    3. Наконец один кабель галстук пройти все три отверстия в передней части листов (показана стрелкой; Рисунок 1E). Затяните ремешок для бандажирования кабелей, гарантируя пространство даже между всеми тремя листами (Рисунок 1F).
  9. Сверлить дополнительные отверстия в задней части собраны конечного продукта для облегчения монтажа, где это необходимо. Везде, где установлен щит, убедитесь, что три листы откладывают параллельно земле.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Пошаговые инструкции для создания небольшой излучения щит. (A) 15 см и 10 см квадраты вырезаются из больших листов гофрированного пластика. (B) в 15 см листы затем вырежьте и забил, и забил 10 см листов позволяет изгиб щита для правильной формы. (C) отверстия просверливаются на каждом листе. (D) датчик связана с одной из листов 10 см. (E) щит собран с использованием нескольких кабельных стяжек. (F) окончательный щит готова к установке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представитель результаты с помощью thermochrons, оснащенный новым, меньше щит дизайн, оригинальный дизайн больше щит и thermochrons с не щит излучения показаны на рисунке 2 и на рисунке 3. Эти данные были записаны на полностью открытой сельской местности вблизи роли, Северная Каролина (35.728 с.ш., 78.680 ° W) и были прикреплены к хорошо калиброванный постоянного Погодные станции, оснащенные VAISALA платинового...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Точность и воспроизводимость измерений температуры воздуха зависят от использования соответствующего Солнечный щит, который защищает датчик от прямого и отраженного солнечного излучения. Здесь мы описываем строительство щит, который более компактный размер, менее дорогим, или построить быстрее, чем аналогичные, ранее описанных устройства6, без ущерба для точности. 94% зарегистрированных температур для thermochrons, оснащенный меньше щит были в пределах 1.0 ° C из самых эффективных thermochron с ор...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим Эмили Майнеке за вклад оригинального дизайна исследования и эксперимента. Мы благодарим Райана Бойлс для облегчения доступа к исследование сайты и метеостанции данных. Хайме Кольясо, Стивен Фрэнк и Эрика Генри условии регистраторы данных и излучения щитами. Доступ к изучению сайт был одобрен Северная Каролина государственный климата. Любое использование названий торговли, фирмы или продукта для описательных целей только и не подразумевает одобрение правительством США.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Многоцелевая лента из алюминиевой фольгиNashua1087671шириной 48 мм
8 дюймов кабельные стяжкиDTOLGEN86371NA
Гофрированный пластиковый листHighway Traffic supplyhts18X24COROWБелый лист 18 дюймов Д x 24 дюйма W, 5 шт.
Стандартный универсальный ножNANA
NA Стандартные ножницыNANA
Сверхмощный степлерSwingline552277715NA

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bowker, R. G. Anurans, the group of terrestrial vertebrates most vulnerable to climate change: A case study with acoustic monitoring in the Iberian peninsula. Computational bioacoustics for assessing biodiversity. , 43(2007).
  2. Walther, G. -R., et al. Ecological responses to recent climate change. Nature. 416 (6879), 389-395 (2002).
  3. Inouye, D. W. Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers. Ecology. 89 (2), 353-362 (2008).
  4. Lundquist, J. D., Huggett, B. Evergreen trees as inexpensive radiation shields for temperature sensors. Water Resources Research. 44 (4), W00D04(2008).
  5. De Jong, S. A. P., Slingerland, J. D., Van De Giesen, N. C. Fiber optic distributed temperature sensing for the determination of air temperature. Atmospheric Measurement Techniques. 8 (1), 335-339 (2015).
  6. Holden, Z. A., Klene, A. E., Keefe, R. F., Moisen, G. G. Design and evaluation of an inexpensive radiation shield for monitoring surface air temperatures. Agricultural and Forest Meteorology. 180, 281-286 (2013).
  7. Terando, A. J., Youngsteadt, E., Meineke, E. K., Prado, S. G. Ad hoc instrumentation methods in ecological studies produce highly biased temperature measurements. Ecology and Evolution. 7 (23), 9890-9904 (2017).
  8. Richardson, S. J., et al. Minimizing errors associated with multiplate radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 16 (11), 1862-1872 (1999).
  9. Anderson, S. P., Baumgartner, M. F., Anderson, S. P., Baumgartner, M. F. Radiative Heating Errors in Naturally Ventilated Air Temperature Measurements Made from Buoys. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 15 (1), 157-173 (1998).
  10. Nakamura, R., Mahrt, L. Air temperature measurement errors in naturally ventilated radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 22 (7), 1046-1058 (2005).
  11. Tarara, J. M., Hoheisel, G. -A. Low-cost shielding to minimize radiation errors of temperature sensors in the field. HortScience. 42 (6), 1372-1379 (2007).
  12. Huwald, H., Higgins, C. W., Boldi, M. -O., Bou-Zeid, E., Lehning, M., Parlange, M. B. Albedo effect on radiative errors in air temperature measurements. Water Resources Research. 45 (8), W08431 (2009).
  13. Fuchs, M., Tanner, C. B. Radiation shields for air temperature thermometers. Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи