Yöntem makalesi

Kompakt düşük maliyetli radyasyon kalkanı yapımı Hava sıcaklık sensörleri ekolojik alan çalışmaları için

DOI:

10.3791/58273

⸱

6 Kasım 2018

 ,  , 
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

Bu makalede

Özet

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

Küçük, düşük maliyetli çevre sensörleri ve advent ile şimdi hiper yerelleştirilmiş sıcaklık değişimi ölçmek için sensörler yüksek yoğunluklu ağlarını dağıtmak mümkündür. Burada, yukarıda açıklanan özel fabrikasyon radyasyon kalkanı ucuz thermochrons ile kullanmak için kompakt bir versiyonu oluşturmak için ayrıntılı bir metodoloji sağlamak.

Özet

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

Düşük maliyetli sıcaklık sensörleri giderek çevreciler tarafından iklimsel değişim değerlendirmek ve ekolojik ilgili ölçeklerde değiştirmek için kullanılır. Düşük maliyetli olmasına rağmen uygun güneş radyasyon koruyucu ile dağıtılan Eğer bu algılayıcılardan kaydedilen gözlemler önyargılı ve yanlış olacak. İmal edilmiş Radyasyon kalkanları bu önyargı en aza indirerek etkili, ama pahalı bu sensörler maliyeti karşılaştırılır. Burada, girişimi kalkan boyutu veya inşaat maliyetleri en aza indirmek için yayımlanmış diğer koruyucu yöntemlerden daha daha doğru bir yukarıda açıklanan özel fabrikasyon radyasyon kalkanı kompakt bir versiyonu oluşturmak için ayrıntılı bir metodoloji sağlamak. Yöntem çok az malzeme gerektirir: oluklu plastik levhalar, alüminyum folyo bant ve kablo bağları. Bir 15 cm ve iki 10 cm kare oluklu plastik her kalkan için kullanılır. Kesme, Puanlama, kayıt ve yaprak zımbalama sonra 10 cm kareler 15 cm kare üst tabaka oluşturur iken güneş radyasyonu iki kat kalkan alt formu. Üç yaprak kablo bağları ile birlikte düzenlenmektedir. Bu kompakt güneş radyasyonu kalkan askıya veya herhangi bir düz yüzeye karşı yerleştirilir. Kalkan tamamen doğrudan güneş radyasyonu sensör ulaşmasını önlemek için yere paralel, muhtemelen neden sabah ve öğleden sonra orijinal, daha büyük göre sıcak önyargıları günese maruz kalan sitelerdeki artış sağlamak için özen göstermelidir tasarım. Yine de, daha küçük, kompakt kalkan tasarımı ve özgün tasarım arasında kaydedilen sıcaklık farklılıkları küçük (gündüz önyargı demek = 0.06 ° C). İnşaat maliyetleri özgün kalkan tasarım ve birçok alan ekoloji ayarlarında avantajlı olabilir daha az göze çarpan bir enstrüman yeni tasarım sonuçlarında az yarısı vardır.

Giriş

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

Antropojenik küresel ısınma ışığında hava sıcaklığı çeşitli anlamak ve ekolojik yanıt iklim için1,2,3değiştirmek tahmin ayarları kayıt giderek artan bir ilgi olmuştur. Küçük, düşük maliyetli çevresel veri kayıt (veri kaydedicilerinin, thermochrons veya hygrochrons olarak da bilinir) gelişiyle, şimdi hiper yerelleştirilmiş sıcaklık değişimi, ölçmek için sensörler yüksek yoğunluklu ağlarını dağıtmak mümkündür artan çevreciler yetenek daha doğrudan organizmalar ve ekosistemler altında eğitim yaşadığı ortam çevre koşullarına gözlemlemek için. Mevcut, iyi kalibre edilmiş ve titizlikle test göre — ama seyrek dağıtılmış — kalıcı hava, ekolojik ilgili ölçeklerde iklimsel değişim değerlendirmek için böyle ağlar mevcut fırsatları istasyonları ama doğruluğu veya karşılaştırılabilir azaltabilir çalışmaları arasında tutarsız bir şekilde veya uygun olmayan bir şekilde dağıtılabilir.

Yüzey yakınındaki hava sıcaklık sensörleri genellikle güneş radyasyonu yanlışlıkla sıcak ölçümlerde neden olur sensör öğesinin doğrudan ısıtma önlemek için koruyucu bir tür gerektirir. Sensör önyargı sınırlamak için yaygın yolları içerir: 1) mevcut çevresel özellikleri gibi kullanarak ağaçlar gölgelendirme4, 2) önyargı düzeltme ve türetilen düzeltmeleri sensör kalibrasyonu5 temel sensörler termal özellikte ve 3) kullanımı için üretilmiş veya özel fabrikasyon6,7kalkanlar. Pek çok araştırmacı özel fabrikasyon kalkan düşük maliyetli ve kolay dağıtım ve durumlarda nerede çevre koşullarının doğal gölgeleme sağlamak değil zorunluluk nedeniyle kullanmak için seçin. Ancak, ekolojik bir derleme özel fabrikasyon kalkanlar tasarım çalışmaları arasında çok farklılık gösteriyorsa ve bireysel tasarımlar nadiren doğruluğu test göstermiştir. Denenmemiş kalkanlar duyarlı malzeme ve hemen sensör, doğrudan güneş radyasyonu sensörün kendisi tarafından emilimini veya hem önde gelen 3 °'ye kadar ortalama önyargıları için çevreleyen hava moleküllerinin ek ısınma neden tasarım zavallı seçim olabilir C7. Öte yandan, basit ve maliyet-etkin tasarımlar6,7 sensörler (önyargıları 1 ° C veya daha az) koruyucu oldukça etkili ve ticari olarak imal edilmiş Radyasyon kalkanları için karşılaştırılabilir.

Burada, ucuz thermochron sıcaklık sensörleri ile kullanım için daha önce değerlendirilmiş özel fabrikasyon radyasyon kalkanı7 oluşturmak için ayrıntılı bir metodoloji sağlamak. Kalkan tasarım bir daha önce açıklanan ve6ayarı açık bir Ponderosa'yı çam ormanında test bir değişiklik olduğunu. Testlerde son birkaç özel fabrikasyon kalkan tasarımları, en düşük fiyat önyargıları küçük thermochrons7ile eşleştirildiğinde bu dağ test kalkan sonuçlandı ama hantal ve çok göze çarpan alanına dağıtmak için bulduk. Burada önerilen tasarım Protokolü radyasyon kalkanı boyutları % 50 oranında azaltır. Azalma boyutu ile birçok faydası vardır: 1) o daha az dikkat ve bu nedenle daha az duyarlı tahrifat, 2) daha feasibly ekolojik ayarları geniş bir alanı sınırlı nerede kullanılabilmesi için (Örneğin, daha küçük kentsel sokak ağaçları), 3) BT Yayınlanan diğer kalkan boyutu veya inşaat maliyeti7ve 4 en aza indirmek için girişimi koruyucu yöntemleri daha doğru olur) özgün, daha büyük tasarım inşaat malzemeler gerekli azaltılmış miktarı nedeniyle daha ucuz. İnşaat yöntemleri açıklayan sonra sensör doğruluk göreli olarak yüksek aşağı güneş radyasyonu koşullar altında yürütülen bir alan deneme sonuçlarını kullanarak özgün kalkan tasarımı boyut küçültme etkisini keşfedin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

1. radyasyon kalkanı inşaatı

  1. Yeni bıçak kullanarak, oluklu plastik levhalar (Şekil 1A) kareler halinde kesin. Bir 15 cm kare ve iki 10 cm kare her kalkan için gerekli olacaktır.
  2. Kesimler için küçük radyasyon kalkanı (Şekil 1B; sol görüntü) üst tabakası:
    1. 15 cm kare bir kenarından 4 cm ölçmek ve bir kalem ile bir çizgi çizin. Bir yeşilaycı hat boyunca puan için bir kılavuz olarak kullanın. (Burada, "skor" in oluklu plastik levha, tercihan--dan tüm sayfayı tek bir katman sayesinde gider bir kesim yapmak için bir bıçak kullanarak anlamına gelir.) Bundan böyle bu kenar kare "Ilk" (Şekil 1B; sol görüntü) sevk edilecek.
    2. Ölçü 3.8 cm 4 cm hattına dik kenarlardan. Bir yeşilaycı 4 cm çizgi (Şekil 1B; sol görüntü) kadar alttan puanı için bir kılavuz olarak kullanın.
    3. 4 cm ve 3.8 cm hatları kavşak için her iki köşe 4 cm çizgisinin üstündeki üzerinden bir çizgi çizin. Bu hat boyunca (Şekil 1B; sol görüntü) kesti.
  3. Keser küçük radyasyon kalkanı orta ve alt katmanları için (Şekil 1B; orta ve sağ çubuğu):
    1. Bir yeşilaycı kullanarak çizdiğiniz her 10 cm Meydanı 6 cm kare (Şekil 1B; orta ve sağ çubuğu).
    2. Skor 6 cm kare tüm çevresinde ve 6 cm 10 cm kare dış köşelerinde kare her köşesinden (Şekil 1B; orta ve sağ çubuğu).
  4. Alüminyum folyo bant tamamen 15 cm kare attı tarafı ve bir 10 cm kareler ve diğer 10 cm kare un gol yan kapsayacak şekilde kullanın.
  5. Şekil 1 ciçinde her kalkan katmanlar içinde gösterildiği gibi matkap delik biraz, bir 1/4" matkap kullanarak.
  6. Attı tarafında bantlanmış ve ortasına, sensör Konut (veya montaj aygıtıymış) deliðinden ve 10 cm sq deliklerden kablo bağı çalıştırarak delinmiştir iki delik vardır bir sıcaklık sensörü 10 cm kare, alt için eklemek uare (Şekil 1 d).
  7. Çarşafları katlanır.
    1. 15 cm levha gol çizgisinde katlayın. Sıkı ve kat zor iki kaset yapar diye basınç gerekli olabilir.
    2. Küçük üçgen flep daha büyük arka kapak içi sok. Bu doğru yapıldığında, sadece bantlanmış taraf yukarıdan görülebilir. Arka kapak kesme kenarına katlanmış etraf ile aynı hizada olmalıdır.
    3. Alüminyum kaset bir katmanı arka kapak için katlanmış tarafı güvenliğini sağlamak için kullanın. Arka kapakları da birlikte, ağır bir zımba, öğesini gücü ile Zımbalanmış.
    4. 10 cm yaprak alın ve taraf birlikte satır attı köşegen çimdik. Kullanarak ağır zımba, zımba sıkışmış iki taraf birlikte (Şekil 1E). Son ürünü bir kare-kase şekli olacaktır.
  8. 20 cm kablo bağları ile birlikte yaprak bağlıyor.
    1. Unscored tarafta bantlanmış 10 cm levha ile başlayarak, üç delik ile aşağı bantlanmış yanına koyun. Bir kablo bağı her iki 10 cm sayfaların sol arka delikten iplik. Sıcaklık sensörü çevresinde hava akımı sağlamak için iki levha arasında 2 cm dikey Aralık bırakın. Geri doğru delik için bu adımı yineleyin (Şekil 1E; orta ve sağ çubuğu).
    2. 15 cm sayfası almak ve bir kablo bağı (1E rakam; sol görüntü) sol arkadaki iki yan yana deliklerden geçirin. Bu kravatı da alanı 2 cm 15 cm levha ve üst 10 cm sayfasının üst arasında bırakarak 10 cm sayfalara ekleyin. İki yan yana delik için değil (Şekil 1E; sol görüntü) bu adımı yineleyin.
    3. Son olarak, bir kablo bağı (okla; gösterilen levhalar önünde tüm üç delik geçmek Şekil 1E). Hatta tüm üç yaprak arasında (Şekil 1F) alanıdır sağlanması kablo bağı sıkın.
  9. Montaj, kolaylaştırmak için nihai montajı ürün arka uç ek delik matkap gereken yerlerde. Her yerde kalkan monte edilir, üç yaprak yere paralel koymak emin olun.

figure-protocol-1
Resim 1: bir küçük radyasyon kalkan oluşturmak için adım adım yönergeler. (A) 15 cm ve 10 cm kare oluklu plastik büyük levha dışarı kesilir. (B) 15 cm Çarşaf o zaman kesmek ve attı ve 10 cm Çarşaf kalkanı doğru şekle bükme izin vermek için attı. (C) her kağıda delik delinir. (D) sensör 10 cm Çarşaf birine bağlıdır. (E) kalkan birkaç kablo bağları kullanarak monte edilir. (F) son kalkan kurulum için hazır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Thermochrons yeni ile donatılmış kullanarak temsilcisi sonuçları Şekil 2 ve Şekil 3küçük kalkan tasarım, orijinal daha büyük kalkan tasarım ve thermochrons yok radyasyon kalkanı ile gösterilir. Bu veriler Raleigh, NC yakın tamamen maruz bir kırsal konumda kaydedildi (35.728 ° K, 78.680 ° W) ve iyi kalibre edilmiş kalıcı Hava durumu istasyonunun içine monte edilmiş bir VAISALA platin direnç Hava sıcaklık sensörü...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Hassasiyet ve tekrarlanabilirlik Hava sıcaklık ölçüm sensörü doğrudan ve yansıyan güneş radyasyondan korur uygun bir güneş kalkan kullanımı bağlıdır. Burada biz doğruluğu ödün vermeden daha kompakt boyutu, daha az pahalı veya benzer, daha önce açıklanan cihazlar6, daha hızlı oluşturmak için böyle bir kalkan inşaatı tarif. daha küçük kalkan ile donatılmış thermochrons için kaydedilen sıcaklık % 94'ü vardı 1.0 ° C daha büyük, orijinal ile donatılmış thermochron yapmak en iyi içinde radyasyon kalkanı...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

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

Biz Emily Meineke özgün çalışma tasarım katkıları için teşekkür ederiz ve deneme. Ryan Boyles çalışma siteleri ve hava durumu istasyonunun veri erişimi kolaylaştırmak için teşekkür ediyoruz. Jaime Collazo, Steven Frank ve Erica Henry veri kaydedicilerinin ve Radyasyon kalkanları sağlanan. Erişim sitesi çalışmaya North Carolina Devlet iklim Office tarafından kabul edildi. Herhangi bir ticaret, firma veya ürün adlarının kullanımını açıklayıcı amaçlıdır ve ABD hükümeti tarafından onaylandığı anlamına gelmez.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Çok Amaçlı Alüminyum Folyo BantNashua 108767148 mm genişlik
8" kablo bağlarıDTOLGEN86371NA
Oluklu plastik levhaOtoyol Trafik kaynağıhts18X24COROWBeyaz çarşaf 18 "U x 24 "G, 5'li paket
Standart maket bıçağıNANANA
Standart MakasNANANA
Ağır hizmet tipi zımbaSwingline552277715NA

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Radyasyon Kalkan Yap mD k Maliyetli S cakl k Sens rleriOluklu Plastik LevhalarAl minyum Folyo BantKablo Ba MontajHava S cakl l mG ne Radyasyonu KalkanKompakt Kalkan Tasar mMikroklimatik Varyasyon

İlgili makaleler