Обновление поверхности: усовершенствованный микрометеорологический метод измерения и обработки данных о плотности потока энергии в полевых масштабах

Общая цель этой процедуры заключается в установке системы обновления поверхности для измерения и обработки данных о плотности потока энергии в масштабе поля. Это достигается путем предварительной установки корпуса регистратора данных башни и солнечной панели в полевых условиях. Второй шаг – крепление датчиков к башне.

Далее провода датчика подключаются к регистратору данных. Заключительным этапом является подключение к регистратору данных с помощью ноутбука, загрузка программы в регистратор данных и проверка того, что регистратор данных получает сигналы от датчиков. В конечном счете, обновление поверхности используется для измерения эвапотранспирации экосистемы, предоставляя информацию, полезную для фермеров при принятии решений по орошению в различных сельскохозяйственных экосистемах.

Несмотря на то, что этот метод дает представление о сельскохозяйственном и городском водопользовании, он также имеет применение в природных экосистемах, например, в лесном хозяйстве и на водно-болотных угодьях. Применение этого метода распространяется и на управление ирригацией, поскольку эвапотранспирация является основной причиной потери воды в системах растениеводства. Как правило, люди, которые плохо знакомы с этим методом, испытывают трудности, потому что они не знают, как установить оборудование или убедиться, что оно работает должным образом.

Впервые идея этого метода возникла у нас, когда наблюдения за данными турбулентности привели нас к адаптации концепции обновления поверхности из химической инженерии в науку об атмосфере. Эту процедуру продемонстрируют члены нашей команды, Рик Снайдер и ассистент и постдоки, Артуро Кальдероне и Том Чаплин. Начните этот эксперимент с определения местоположения полевой станции и оценки направления ветра, как описано в текстовом протоколе.

Подготовьте как можно больше оборудования в лаборатории перед поездкой в поле. Сначала прикрепите датчики к регистратору данных. Затем подсоедините кабель RS 2 32 между ноутбуком и портом регистратора данных.

Откройте интерфейсную программу для связи с регистратором данных, а затем подключитесь к нему. Затем загрузите готовую программу регистратора данных в регистратор данных. Проверьте значения данных для всех датчиков, чтобы убедиться, что все работает правильно.

После того, как будет определено подходящее положение станции в поле исследования, установите башню, стабилизируйте подножия башни с помощью прилагаемых кольев. Вбейте длинный медный заземляющий стержень в почву мини-кувалдой в таком месте, которое не будет мешать почве. Пластины теплового потока.

Подсоедините заземляющий стержень к башне с помощью толстого провода и прилагаемых разъемов. Прикрепите корпус регистратора данных к главной оси башни с помощью U-образных болтов, предоставленных производителем. Установите две пластины теплового потока почвы белой точкой вверх на длину пяти сантиметров в междурядье вдали от излучателей капельного орошения.

Подключите провода пластины теплового потока к третьему и четвертому каналам регистратора данных в качестве дифференциальных входных датчиков. Установите термопару почвы так, чтобы она охватывала объем почвы над пластиной теплового потока земли, чтобы учесть изменение аккумулирующего тепла над пластинами. Подключите почвенную термопару к регистратору данных на пятом канале в качестве дифференциального датчика.

Установите сетевой радиометр на поперечину. Бум над пологом и направлен на юг. Подключите сетевой радиометр к регистратору данных на втором канале.

В качестве дифференциального датчика. Установите термопару из тонкой проволоки на одном конце поперечины и над навесом. Температура воздуха будет измеряться на термопарах с частотой 10 Гц.

Для этих измерений обычно используется диаметр 76 микрон. Подключите термопару тонкого провода к регистратору данных на первом канале в качестве дифференциального датчика, где фиолетовый провод идет к одной H, красный провод — к одной L, а чистый провод — к сигнальной земле. Установите звуковой анемометр на другом конце поперечного рычага с помощью нового фитинга для измерения трехмерных скоростей ветра и звуковой температуры на частоте 10 Гц.

Для расчета вихревого отклонения чувствительного теплового потока. Установите звуковой анемометр таким образом, чтобы центр измеряемой области находился на той же высоте, что и термопара с тонкой проволокой. Далее подключите блок питания к регистратору данных.

Подключите ноутбук к регистратору данных с помощью кабельного порта RS 2 32 на передней панели регистратора данных. Использование готовой программы регистратора данных. Проверьте значения данных для всех датчиков, чтобы убедиться, что все работает правильно.

Открутите новый рельсовый шарнир и опустите основную вертикальную мачту, на которой установлен сетчатый радиометр. Согните изолированный провод термопары в месте его соединения с металлическим цилиндром. Осторожно опустите открытые провода термопары в банку с лимонным соком, стараясь не ударить оголенные провода о банку.

Очистите датчик от лимонного сока, опустив провода в банку с деионизированной водой. Снова выпрямите провод термопары в месте его соединения с металлом. Опрыскайте сетчатый радиометр деионизированной водой и высушите его абсорбирующими салфетками.

Поднимите вертикальную мачту вверх в исходное положение. Снова затяните новые установочные винты и выровняйте сетчатый радиометр. Здесь представлен пример кривой температуры, измеренной с помощью термопары с тонкой проволокой.

Эта трассировка показывает необходимость математического анализа для извлечения сигнала из этих исходных данных. Визуальный анализ этих данных позволяет выявить три или четыре основных пандуса, заканчивающихся примерно на 12, 35, 46 и 72 секундах. Все компоненты энергетического баланса следуют одной и той же суточной схеме с пиковыми значениями, приходящимися на середину дня.

Суммарное излучение положительно в течение дня, так как поверхность получает больше радиации, чем теряет, и отрицательно ночью, так как поверхность теряет больше радиации, чем получает. Демонстрируя суточную кривую, ожидаемую для солнечных весенних дней в Северной Калифорнии. Плотность теплового потока почвы также следует суточному шаблону.

Она положительна в течение дня, так как энергия проводится от поверхности к земле, и отрицательна ночью. По мере того, как больше энергии направляется снизу к более холодной поверхности, скрытый тепловой поток следует за ожидаемой суточной кривой над культурой с достаточным количеством воды. В хорошую погоду чистое излучение является доминирующим источником энергии для эвапотранспирации.

Таким образом, значения плотности скрытого теплового потока отслеживают изменения чистого излучения в дневное время над активно распространяющейся культурой. Ожидается, что большая часть доступной энергии в условиях положительного результирующего излучения распределяется на скрытую плотность теплового потока, а не на ощутимую плотность теплового потока и плотность теплового потока почвы. В ветреные ночи скрытый тепловой поток был близок к нулю, в то время как в спокойные ночи он был отрицательным, что могло указывать на конденсацию.

Тем не менее, дневной вклад в скрытый тепловой поток значительно перевешивает ночной вклад. Таким образом, неопределенности в ночных значениях интересны, но относительно незначительны. Суточные кумулятивные значения эвапотранспирации хорошо согласуются для станции поверхностного обновления и весового лизиметра, расположенных рядом.

В области взвешивания пшеницы лизиметры считаются золотым стандартом для оценки эвапотранспирации с поверхности посевов. В большинстве дней кумулятивная эвапотранспирация от станции обновления Surface была несколько выше, чем значения от Lysimeter.Tower. Измерения представляют собой потоки с более широкой территории, чем измерения лизиметра, и на момент этих измерений пшеница в лизиметре была примерно на 10 сантиметров короче и менее плотной, чем растения и остальная часть поля.

Таким образом, при установке оборудования ожидались более высокие значения эвапотранспирации от флюсовой колонны. Важно проверить, возвращают ли датчики значения регистратору, прежде чем вы покинете площадку Следуя этой процедуре. Другие измерения, такие как потенциал воды в листьях, могут быть использованы для ответа на другие вопросы, такие как состояние воды в растении после его развития.

Этот метод проложил путь исследователям в области сельского хозяйства к изучению использования воды в масштабах полей для различных сельскохозяйственных культур.