Summary
Mit dem Aufkommen der kleinen, kostengünstigen Umwelt-Sensoren ist es jetzt möglich, Bereitstellung von High-Density-Netzwerke von Sensoren, hyper lokalisierte Temperaturschwankungen zu messen. Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer kompakten Version von einem zuvor beschriebenen Brauch hergestellt Strahlungsschild für die Verwendung mit preiswerten Thermochrons.
Abstract
Low-cost Temperatur-Sensoren werden zunehmend von Ökologen Klimaschwankungen zu beurteilen und ändern auf ökologisch relevanten Skalen verwendet. Zwar kostengünstig, wenn nicht mit richtigen solar Strahlungsabschirmung bereitgestellt werden die Beobachtungen von diesen Sensoren aufgezeichnet voreingenommen und ungenau. Hergestellten Strahlungsabschirmungen sind wirksam bei der Minimierung dieses Vorurteil, aber sind teuer im Vergleich zu den Kosten dieser Sensoren. Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer kompakten Version von eine zuvor beschriebenen benutzerdefinierten fabrizierten Strahlungsschild, die genauer als andere veröffentlichten Abschirmungen Methoden, die versuchen, Schild-Größe oder Bau-Kosten zu minimieren. Die Methode erfordert sehr wenig Material: Wellpappe, Kunststoff-Folien, Aluminium Folie Klebeband und Kabelbinder. Eine 15 cm und zwei 10 cm Quadrate aus Wellpappe Kunststoff werden für jedes Schild verwendet. Nach dem Schneiden, scoring, taping und Heften der Blätter, bilden die 10 cm Quadrate unten zwei Schichten der Sonnenstrahlung zu schützen während der 15 cm im Quadrat die oberste Schicht bildet. Drei Blätter werden mit Kabelbinder zusammengehalten. Dieses kompakte solare Strahlungsschild kann ausgesetzt oder gegen eine Ebene Fläche gestellt werden. Vorsicht ist geboten, um sicherzustellen, dass die Abschirmung ist völlig parallel zum Boden zu verhindern, dass direkten Sonneneinstrahlung aus den Sensor erreicht, führen könnten, dass warme Verzerrungen in der Sonne ausgesetzten Seiten am Morgen und am Nachmittag bezogen auf das Original, größere erhöht Design. Auch so aufgezeichneten Temperaturunterschiede zwischen den kleineren, kompakten Schild und original Design waren klein (meine tagsüber Bias = 0,06 ° C). Baukosten sind weniger als die Hälfte des ursprünglichen Schild Designs und der neuen Design resultiert ein unauffälliger Instrument, das in vielen Bereich Ökologie Einstellungen vorteilhaft sein kann.
Introduction
Vor dem Hintergrund der anthropogenen globalen Erwärmung, gab es ein wachsendes Interesse an der Aufnahme der Lufttemperatur in einer Vielzahl von Einstellungen zu verstehen und vorherzusagen, dass ökologische Antworten zu Klima1,2,3ändern. Mit dem Aufkommen von kleinen, kostengünstigen Umweltdaten-Recordern (auch als Datenlogger, Thermochrons oder Hygrochrons bezeichnet), ist es nun möglich, Bereitstellung von High-Density-Netzwerke von Sensoren, hyper lokalisierte Temperaturschwankungen zu messen erhöhen Ökologen Fähigkeit, die Umgebungsbedingungen Umwelt von Organismen und Ökosystemen unter Studie erfahren mehr direkt beobachten. Im Vergleich zu bestehenden, gut kalibrierten und rigoros getestet – aber spärlich verteilte – permanente Wetter Stationen, solche Netzwerke bieten Möglichkeiten zur Bewertung von Klimaschwankungen auf ökologisch relevanten Skalen aber möglicherweise verringern Richtigkeit und Vergleichbarkeit unter Studien bereitgestellt, wenn uneinheitlich oder unpassend.
Oberflächennahen Luft-Temperatur-Sensoren erfordern in der Regel irgendeine Art von Sonnenstrahlung Abschirmung zur Vermeidung direkten Beheizung des Sensorelements, die fälschlicherweise warm Messungen führen würden. Gemeinsame Wege, Sensor Voreingenommenheit zu begrenzen sind: (1) mit bestehenden ökologischen Funktionen wie Bäume für Schattierung4, 2) Bias Korrektur und Sensor-Kalibrierung5 , die Korrekturen abgeleitet basierend auf die thermischen Eigenschaften der Sensoren und (3) die Verwendung von hergestellt oder benutzerdefinierte fabriziert schirmt6,7. Viele Forscher entscheiden, verwenden benutzerdefinierte gefertigte Schilde durch die kostengünstige und einfache Implementierung und die Notwendigkeit in Situationen wo Umweltbedingungen keine natürliche Beschattung vorsehen. Eine Überprüfung der ökologischen Literatur zeigte jedoch, dass das Design des benutzerdefinierten gefertigte Schilde unter Studien unterschiedlich und individuelle Designs sind selten auf ihre Richtigkeit geprüft. Ungetestete Schilde sind anfällig für schlechte Wahl von Material und Design, die zusätzliche Erwärmung der Luftmoleküle, die unmittelbar umgebenden Sensor, direkte Absorption der Sonnenstrahlung durch den Sensor selbst oder sowohl führende, durchschnittliche Neigungen von bis zu 3 ° verursachen C7. Auf der anderen Seite, einfache und kostengünstige Konstruktionen6,7 sind sehr effektiv bei der Abschirmung Sensoren (Vorurteile von 1 ° C oder weniger) und kommerziell hergestellten Strahlungsabschirmungen vergleichbar sind.
Hier bieten wir eine detaillierte Methode für das Konstruieren einer zuvor ausgewerteten benutzerdefinierte fabrizierten Strahlung Schild7 für den Einsatz mit preiswerten Thermochron Temperatursensoren. Das Schild-Design ist eine Abwandlung eines zuvor beschrieben und in einer offenen Ponderosa Pine Wald Einstellung6getestet. In den letzten Tests von mehreren Custom-fabrizierten Schild Designs dieser montane getestet Schild führten die niedrigste Verzerrungen, wenn gepaart mit kleinen Thermochrons7, aber wir fanden es umständlich und zu auffällig im Bereich bereitstellen. Das hier vorgeschlagene Design-Protokoll reduziert die Abmessungen der das Strahlungsschild um 50 %. Solch eine Verkleinerung hat mehrere Vorteile: (1) Es ist weniger auffällig und daher weniger anfällig für Manipulationen, (2) es mehr praktisch einsetzbar in eine noch breitere Palette von ökologischen Einstellungen wo Raum begrenzt ist (z. B. auf kleineren städtischen Straßenbäume), It (3) ist genauer als andere Abschirmung Methoden, die versuchen veröffentlicht, Schild Größe oder Bau Kosten7und 4 zu minimieren) Es ist weniger teuer als das original, größere Design aufgrund der reduzierten Anzahl von Baustoffen erforderlich. Nach der Beschreibung der Bauweisen, erkunden wir die Wirkung der Zerkleinerung auf Genauigkeit des Sensors im Vergleich zu dem original Schild-Design mit Ergebnissen aus einem Feldversuch unter hohen abwärts Sonnenstrahlung Bedingungen durchgeführt.
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Protocol
1. Bau das Strahlungsschild
- Mit einem Messer, schneiden Sie die gewellten Kunststoffplatten in Quadrate (Abbildung 1A). Für jedes Schild werden eine 15 cm im Quadrat und zwei 10 cm Quadrate benötigt werden.
- Kürzungen für die oberste Schicht der kleinen Strahlungsschild (Abbildung 1 b; linkes Bild):
- Messen Sie auf dem Platz 15 cm 4 cm von einer Kante zu und zeichnen Sie eine Linie mit einem Bleistift. Verwenden Sie ein Lineal als Leitfaden, um entlang der Linie der Gäste. (Hierin bedeutet "scoring" mit einem Messer einen Schnitt zu machen, der durch nur eine Schicht aus Kunststoff Wellblech, anstatt das gesamte Blatt geht.) Fortan wird dieser Rand des Platzes als "oben" (Abbildung 1 b; linkes Bild) bezeichnet werden.
- Messen Sie 3,8 cm von den Rändern, die senkrecht zur Linie 4 cm. Verwenden Sie ein Lineal als Leitfaden, um von unten bis zur Zeile 4 cm (Abb. 1 b; linkes Bild) zu erzielen.
- Zeichnen Sie eine Linie aus beiden Ecken über der 4 cm-Linie bis zur Kreuzung der Linien 4 cm und 3,8 cm. Schneiden Sie entlang dieser Linie (Abb. 1 b; linkes Bild).
- Für die mittleren und unteren Schichten des kleinen Strahlungsschild schneidet (Abb. 1 b, Mitte und rechts Bilder):
- Mit einem Lineal zeichnen Sie ein 6 cm Quadrat in der Mitte jedes Quadrat von 10 cm (Abbildung 1 b, Mitte und rechts Bilder).
- Gäste rund um die 6 cm im Quadrat, und aus jeder Ecke des quadratischen an den äußeren Ecken des quadratischen 10 cm 6 cm (Abbildung 1 b, Mitte und rechts Bilder).
- Verwenden Sie Alu-Folie Klebeband vollständig bedecken die erzielte Seite des Platzes 15 cm und eines der Quadrate von 10 cm und der UN-erzielte Seite von der anderen 10 cm im Quadrat.
- Mit einem 1/4" Bohrer, Bohren Sie Löcher wie in Abbildung 1, in jeder dieser Ebenen Schild dargestellt.
- Befestigen Sie einen Temperatursensor an der Unterseite des 10 cm Platz, die ist mit Klebeband auf der bewerteten Seite und hat die zwei Bohrungen in der Mitte, durch das Ausführen des Kabelbinders durch die Öse des Sensorgehäuses (oder seiner Halterung) und durch die Löcher in die 10 cm-sq Uare (Abbildung 1).
- Falten die Blätter.
- Falten Sie das 15 cm Blatt entlang der erzielten Linien. Druck kann erforderlich sein, für den Fall, dass das Band macht die Seiten dicht und schwer zu Falten.
- Stecken Sie die kleinen dreieckigen Klappen auf der Innenseite der größere hintere Klappe. Wenn dies richtig gemacht haben, sind nur versiegelte Seiten von oben sichtbar. Die Schnittkante der hinteren Klappe sollte bündig mit der gefalteten Seiten sein.
- Verwenden Sie eine weitere Schicht von Alu-Klebeband um den gefalteten Seiten, um die hintere Klappe zu sichern. Die hinteren klappen könnte auch zusammen mit einem Heavy-Duty Hefter für zusätzliche Festigkeit geheftet werden.
- Nehmen Sie die 10 cm Blätter und auseinanderziehen Sie die Seiten entlang der diagonalen Linie erzielte. Mit einem Heavy-Duty Hefter, Heften Sie die eingeklemmten Seiten zusammen (Abb. 1E). Das Endprodukt wird eine Quadrat-Schale Form aufweisen.
- Binden die Blätter zusammen mit Kabelbinder 20 cm.
- Beginnend mit der 10 cm Blech mit Klebeband auf der experimentellen Seite, mit drei Löchern legen Sie die versiegelte Seite nach unten. Fädeln Sie einen Kabelbinder durch die linke hintere Bohrung der beiden 10 cm Blätter. Lassen Sie 2 cm vertikalen Abstand zwischen die beiden Blätter Umströmung der Temperaturfühler sicherzustellen. Wiederholen Sie diesen Schritt für das Loch hinten rechts (Abb. 1E, Mitte und rechts Bilder).
- Nehmen Sie das Blatt 15 cm und übergeben Sie einen Kabelbinder durch die beiden Löcher der Side-by-Side, in der hinteren linken (Abbildung 1E; linkes Bild). Die 10 cm Blätter, so dass auch 2 cm Platz zwischen 15 cm Blatt und dem oberen Rand der oberen 10 cm Blatt zuordnen Sie dieser Krawatte. Wiederholen Sie diesen Schritt für die zwei Side-by-Side-Löcher in der hinten rechts (Abb. 1E; linkes Bild).
- Zu guter Letzt durchlaufen Sie ein Kabelbinder alle drei Löcher an der Vorderseite der Blätter (dargestellt durch den Pfeil; Abbildung 1E). Ziehen Sie den Kabelbinder, sicherzustellen, dass der Raum auch zwischen allen drei Blätter (Abb. 1F) ist.
- Zusätzliche Bohrungen in das hintere Ende des montierten Endproduktes zur Erleichterung der Montage, wo benötigt. Überall dort, wo das Schild angebracht ist, sicherzustellen Sie, dass die drei Blätter parallel zum Boden zu legen.
Abbildung 1: Schritt für Schritt Anweisungen, eine kleine Strahlungsschirm zu konstruieren. (A) 15 cm und 10 cm Quadrate sind die großen Plastikplane aus Wellpappe ausgeschnitten. (B) die 15-cm-Platten werden dann geschnitten und erzielte, und 10 cm Blätter werden gewertet, um verbiegen des Schildes, die richtige Form zu ermöglichen. (C) Bohrungen sind auf jedem Blatt. (D) des Sensors ist eines der 10 cm Blätter gebunden. (E) das Schild ist mit mehreren Kabelbindern montiert. (F) das letzte Schild ist zur Installation bereit. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Representative Results
Repräsentative Ergebnisse mit Thermochrons ausgestattet mit dem neuen, kleineren Schild Design, das größere Schild Originaldesign und Thermochrons mit keine Strahlungsschild Abbildung 2 und Abbildung 3entnehmen. Diese Daten wurden an einem vollständig ausgesetzt ländlichen Ort in der Nähe von Raleigh, NC (35.728 ° N, 78.680 ° W), und wurden angebracht, um eine gut kalibrierten permanente Wetterstation, ausgestattet mit einem VAISALA Platin Widerstand Lufttemperatursensor (HMP45C) innen montiert ein Wind-aspirierten multiplate Strahlung Schild7. In Abbildung 2awerden Boxplots der Unterschiede bei Temperaturen zwischen vier Sensoren mit kleinen Strahlungsschild und die permanente Wetterstation angezeigt. Positive Vorurteile sind über alle vier getesteten Sensoren gefunden (meine Voreingenommenheit = 0,56 ° C), aber sind ähnlich denen mit dem ursprünglichen, größeren Schild Design (Abb. 2 b; Mittelwert = 0,56 ° C), und sind viel weniger als die Vorurteile der ungeschirmten Sensoren (Abbildung 2 c ; meine = 1,23 ° C). Die kleine Schilde führen die Sensoren erfassen einige Ausreißer warmen Temperaturen im Vergleich zu dem original Schild-Design (Abb. 2d), obwohl die allgemeine Unterschiede gering sind (meine Voreingenommenheit = 0,16 ° C).
Abbildung 2: Beispiel Boxplot Ergebnisse aus einem Feldexperiment Vergleich Temperaturunterschiede mit verschiedenen Strahlung abschirmen Behandlungen. Verteilung der Temperaturunterschiede zwischen den Thermochrons mit (A) das kleine Strahlung Schild Design (B) die ursprüngliche große Strahlung abzuschirmen, und (C) keine Schilde und die kalibrierte, permanente Wetterstation erfaßt August 2015 um sonnige, ausgesetzt Lage in Raleigh, North Carolina. (D) zeigt die Verteilung der aufgezeichnete Temperaturunterschiede zwischen den vier Thermochrons mit den kleinen Strahlungsschild und das große Schild ausgestattet Thermochron, die die kleinste Abweichung (z. B. Sensor 3 in B) ausgestattet. Unterschiede über 7 ° C sind vom Grundstück in C ausgeschlossen (Werte erweitern bis zu 10,6 oC). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
In Abbildung 3ergibt sich die tagaktive Art der Verzerrungen in der Zeitreihe. Wie in Abbildung 2sind Temperaturunterschiede zwischen der Themochrons, ausgestattet mit den kleinen und großen Strahlungsabschirmungen und kalibrierten permanente Wetterstation (Abbildungen 3a, 3 b) gezeigt. Warmen Vorurteile sind in Zeiten der Spitze Sonnenstrahlung am stärksten, aber in beiden Fällen sind viel weniger als die Vorurteile der ungeschirmten Sensoren (Abb. 3 c). Die mittlere Temperaturdifferenz zwischen alle Kombinationen von Sensoren mit der kleinen Strahlungsschild im Vergleich zu dem ursprünglichen Entwurf (durchgezogene schwarze Linie, Abbildung 3d) ausgestattet ist 0,002 ° C und 0,06 ° C tagsüber stundenlang (0700-2000 h LST). Interessanterweise sind die größten Unterschiede in Bezug auf die stündlichen geschätzte Standardabweichung (gestrichelte Linien, Abbildung 3d), 1400 und 0800 LST. Die großen Unterschiede am Nachmittag während der Hitze des Tages sind in Anbetracht der geringeren Größe des das Strahlungsschild zu erwarten. Jedoch die Quelle der zusätzliche große Unterschiede in der früh kurz nach Sonnenaufgang ist nicht klar und könnte durch suboptimale Schild-Sensor Winkel (d. h., die Thermochrons waren nicht parallel zum Boden), so Thermochrons, dass Zusatzheizung.
Abbildung 3: Beispiel Zeitreihen ergibt sich aus einem Feldexperiment Vergleich Temperaturunterschiede mit verschiedenen Strahlenbehandlungen Schild. Zeitreihen von Temperatur Unterschiede zwischen den Thermochrons mit (A) das kleine Strahlung Schild Design, (B) die ursprünglichen großen Strahlungsschild und (C) , die, denen keine Schilde und die kalibrierte, permanente Wetterstation erfasst August 2015 um sonnige, ausgesetzt Lage in Raleigh, North Carolina. Der Mittelwert (durchgezogene schwarze Linie) und zwei Standardabweichungen (geschätzt für jede Stunde; gestrichelte Linien) die Temperaturunterschiede zwischen alle Kombinationen von geschirmten Thermochrons (n = 4 kleine Schilde, n = 5 großen Schilden) sind in (D)dargestellt. Hinweis Maßstabsänderung in der ordinate Achse in D im Vergleich zu A bis C. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Luft Temperaturmessungen hängen die Verwendung von einer entsprechenden solar Schild, der den Sensor aus der direkten und reflektierten Sonnenstrahlung schützt. Hier beschreiben wir den Bau des Schildes, das mehr kompakt in der Größe, weniger teuer, oder schneller zu konstruieren als ähnliche, zuvor beschriebenen Geräte6, ohne Einbußen bei der Genauigkeit. 94 % der erfassten Temperaturen für die Thermochrons ausgestattet mit kleiner Schild waren innerhalb von 1,0 ° C der leistungsstärksten Thermochron ausgestattet mit dem Original größer, Strahlungsschild und 71 % der Beobachtungen innerhalb von 0,25 ° C.
Das Design dieses Schild, wie die von seinem größeren Vorläufer ist eine Variation auf dem weit verbreiteten, passiv angesaugte Gill-Schild. Ideale Eigenschaften aus einem passiven Schild gehören Schattierung des Sensors aus der Sonnenstrahlung aus allen Winkeln; damit die Luft ungehindert durch den Schild; und minimale Strahlung in dem Schild Material8absorbieren. Design ist oft ein Kompromiss zwischen Beschattung und Luftstrom. Designs, die passive Luftstrom zu maximieren zu verhindern, dass komplette Schattierung und Risiko direkte Erwärmung des Sensors; die vollständige Abschirmung behindern Luftstrom und Heizung im Schild Luft im Verhältnis zu der Luft bei großen riskieren.
Als passiv belüfteten Schild, ist der kleine Strahlungsschild ungenau bei niedrigen Windgeschwindigkeiten (weniger als 1-2 ms-1), wenn mangelnde Belüftung fördert Strahlungs Erwärmung der Luft innerhalb der Schild im Verhältnis zu der Luft am großen7. Dies ist eine universelle Quelle der Voreingenommenheit in passiv belüfteten Schilde, auch kostspielige hergestellt. Diese Vorspannung ist in mechanisch angesaugte Schilde überwunden, aber ihre elektrischen Anforderungen sind in der Regel unerschwinglich in replizierten Feldstudien. Verzerrungen in passive Abschirmungen können durch modellbasierte Korrekturen5,9,10angesprochen werden. Solche Korrekturen bedürfen jedoch gleichzeitige Messung der Windgeschwindigkeit und Kurzwellen Strahlung, die möglicherweise auch unpraktisch in der Art von Studien, die auf benutzerdefinierten fabriziert Schilde angewiesen. Eine letzte Option ist einfach genau zu berichten, Abschirmung Methoden und Vorurteile zu bestätigen, so dass jeder Leser Temperaturen berichtet über verschiedene Studien vergleichen möchten fundierte Interpretationen machen kann.
Im Vergleich zu einem hergestellten Gill-Schild, hat die kleine Strahlungsschild hier beschriebenen tagsüber Voreingenommenheit von 0,81 ° C im Vergleich zu einer Neigung von 0,75 ° C für Thermochrons mit der ursprünglichen Schild Design7ausgestattet. Im direkten Vergleich seine Leistung war kaum zu unterscheiden von der zuvor beschriebenen großen Strahlungsschild, aber stellt erhebliche Einsparungen bei den Materialien. Wir haben die kleine Strahlungsabschirmungen für $1,36 Dollar (2015) jeweils in Materialien, einschließlich gewellte Kunststoff, Alu-Klebeband und Kabelbinder. Im Gegensatz dazu kostet die ursprüngliche große Strahlungsschild aufgrund der größeren Stückzahlen aus Kunststoff und Aluminium, 3 US-Dollar (Schätzung für die Autoren 2013) bis 4,75 US $ (unsere Schätzung)6. Kostenvoranschläge enthalten nicht den Logger selbst, seine Hersteller angegebenen Halterung oder Strukturen auf dem Schild im Bereich montiert werden kann.
Weitere Beispiele gibt es Custom-fabrizierten Schilde, die gut gegen hergestellte Schilde11getestet wurden. In einem 11-Tage-Test eine andere handgefertigte Gill Schild11wurden zwei Drittel aller Luft-Temperatur-Messungen in diesem Schild innerhalb von 1,0 ° C von den gemessenen hergestellten Gill Schild. In unserer kleinen Strahlungsschild ähnelte Genauigkeit der Thermochrons mit 83 % der Messungen innerhalb von 1 ° C von Referenzgeräten Wetterstation an der Sonne ausgesetzten Stelle. Die handgefertigten Gill Schild seinen Schöpfern dauerte 45 Minuten um zu konstruieren, und kostet 2 US-Dollar (unsere Schätzung) 4 US $ (Schätzung der Autoren 2007) in Materialien. Wiederum bietet der kleine Strahlungsschild Einsparungen bei Material und Konstruktion.
Obwohl wir nicht für die Auswirkungen von Schwankungen im kleinen Schild Strahlungsparameter testen, Theorie geht davon aus, dass Veränderungen der Materialien, Platte Abstand und Winkel Falten würde die Fähigkeit des Schildes zu blockieren Strahlung Luftstrom verändern und Ergebnissen führen würde unterscheiden sich von denen berichtet hier. Maximale Schattierung des Sensors aus der direkten und reflektierten Sonnenstrahlung erfordert den Einsatz von allen drei Platten, gefaltet, wie angedeutet, um nicht nur Strahlung von oben, sondern auch niedrigen Winkelstrahlung von den Seiten und reflektierte Strahlung von unten zu blockieren. Schutz vor reflektierten Strahlung ist besonders wichtig, wenn Sensoren über Schnee, Sand, Asphalt und andere nicht-begrünten Flächen7,12bereitgestellt werden. Luftstrom innerhalb der Schild wird durch die Platte Form und Abstand8diktiert; im aktuellen Entwurf würde jede Änderung an der Platte Falten und Abstand Luftstrom beeinflussen. Zu guter Letzt minimiert Verwendung eines weißen Materials mit Aluminium beschichteten Außenflächen Strahlungs-Heizung des Schildes selbst; vollständige Abdeckung der oberen und unteren Schild Oberflächen mit reflektierenden Alu-Klebeband ist wichtig, diese Eigenschaft zu replizieren. Schilde müssen sauber gehalten werden, oder Ansammlung von Schmutz, Vogelkot und Schimmel ändert ihre Reflexion-8. Endlich, wir warnen, dass auch für Vergleichbarkeit zwischen mehreren Sensoren in einem Array, sie mit dem Schild Platten parallel zum Boden und auf eine einheitliche Höhe über dem Boden-nicht immer einfach bei bereitgestellt werden müssen die Oberfläche Vegetation selbst variiert in der Höhe10.
Weitere Verbesserungen auf diesem Schild Design sind zweifellos möglich. Die Verwendung von klaren Beschichtungen über eine Aluminium-Oberfläche zur Verbesserung der thermischer Eigenschaften von Strahlungsabschirmungen ist13, seit langem bekannt. In Tests mit den großen Strahlungsschild erkannt anderer Autoren keinen Nutzen einer zusätzlichen Beschichtungen (Mylar, weißer Farbe) über die Aluminium-Klebeband allein6. Die Zugabe von Hartschaum Abstandhalter zwischen den Platten, beschrieben in einem Custom-fabrizierten Gill Schild11, ist eine weitere mögliche Änderung, die das Design zu standardisieren und Verschiebung der Platten bei starkem Wind zu verhindern. Eine Einschränkung dieses Schild ist, dass seine Konstruktion Montage auf einer horizontalen Leiste oder einem Zweig erfordert; Es wäre zum Beispiel schwierig, dieses Schild-Montage von oben unter Beibehaltung der korrekten Ausrichtung auszusetzen. Zu guter Letzt wäre sperriger Datenlogger, der Zusatz von einer anderen kleinen inneren Platte mit einem Ausschnitt in der Mitte wünschenswert, mehr Platz für die Protokollierung zu schaffen, ohne Platte Abstand zu verändern. Diese Änderungen würden entstehen zusätzliche Kosten und Bauzeit und erforderten Tests gegen den ursprünglichen Standard oder eine geeichte Wetterstation Leistung bewerten.
Wir betonen auch, dass das aktuelle Design unter verschiedenen Umweltbedingungen ausgewertet wurde und alle Extrapolationen von Strahlung Schild Leistung außerhalb dieser Bedingungen mit Vorsicht vorgenommen werden sollte. Insbesondere wurden in beiden dieser Studie und in der Originalpublikation, wo die größere Version eingeführten6 war, dieses Schild Design im Hochsommer solar Winkel in der Regel finden Sie unter breiten Equatorward von ~ 45 Grad geografischer Breite getestet. In Gebieten mit geringen saisonalen solar Winkel, lange Tageslängen oder beides (wie z. B. in hohen Breitengraden oder in den verschiedenen Jahreszeiten erlebt) können verschiedene Ansätze zur Konstruktion Schild besser geeignet sein.
Mit dem Aufkommen der kleinen, kostengünstigen Temperatur-Logger haben Biologen zunehmend versucht, die Lufttemperatur auf die feinen räumlichen Skalen für einzelne Organismen und lokale ökologische Prozesse zu bewerten. Verständnis von mikroklimatischen Variation der Lufttemperatur bieten Einblicke in lokalen biologischen Reaktionen auf aktuelle und prognostizierte Klimawandel. Während zusätzliche thermische Variablen-solch als Boden, Oberfläche oder Körpertemperatur, jedes mit seiner eigenen Genauigkeit Überlegungen-Mai auch werden gemessen, die Lufttemperatur ist eine gemeinsame Währung in den Studien der historischen, aktuellen und prognostizierten Klimas. Konsequente Nutzung von Strahlungsabschirmungen mit gut dokumentierten Eigenschaften wird sichergestellt, dass die Ergebnisse verschiedener Studien sinnvoll verglichen werden können.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Acknowledgments
Wir danken Emily Meineke für Beiträge zu den ursprünglichen Studiendesign und experimentieren. Wir danken Ryan Boyles zur Erleichterung des Zugangs zu den Studienzentren und Wetterstation Daten. Jaime Collazo, Steven Frank und Erica Henry vorhanden Datenlogger und Strahlungsabschirmungen. Zugriff auf die Website Studie wurde von der North Carolina State Klimabüro genehmigt. Jede Verwendung von Handel, Firma oder Produktnamen dient lediglich zu beschreibenden Zwecken und nicht die Billigung der US-Regierung.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Multipurpose Aluminum Foil Tape | Nashua | 1087671 | 48 mm width |
| 8" cable ties | DTOL | GEN86371 | NA |
| Corrugated plastic sheet | Highway Traffic supply | hts18X24COROW | White sheet 18"L x 24"W, 5-pack |
| Standard utility knife | NA | NA | NA |
| Standard Scissors | NA | NA | NA |
| Heavy duty stapler | Swingline | 552277715 | NA |
References
- 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).
- Walther, G. -R., et al. Ecological responses to recent climate change. Nature. 416 (6879), 389-395 (2002).
- Inouye, D. W. Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers. Ecology. 89 (2), 353-362 (2008).
- Lundquist, J. D., Huggett, B. Evergreen trees as inexpensive radiation shields for temperature sensors. Water Resources Research. 44 (4), W00D04 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Richardson, S. J., et al. Minimizing errors associated with multiplate radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 16 (11), 1862-1872 (1999).
- 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).
- Nakamura, R., Mahrt, L. Air temperature measurement errors in naturally ventilated radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 22 (7), 1046-1058 (2005).
- 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).
- 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).
- Fuchs, M., Tanner, C. B. Radiation shields for air temperature thermometers. Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).
