Explorer les effets des forçages atmosphériques sur évaporation: l'intégration expérimentale de la couche limite atmosphérique et de subsurface

Comprendre l'interaction entre la terre et l'atmosphère est primordiale pour notre compréhension de nombreux problèmes mondiaux actuels tels que la fuite de dioxyde de carbone géologiquement séquestré dans le sol, le changement climatique, l'eau et l'approvisionnement alimentaire, la détection précise des mines terrestres, et l'assainissement des eaux souterraines et le sol. En outre, les principaux échanges de chaleur et d'eau qui alimentent les conditions météorologiques mondiales et régionales se produisent à la surface de la Terre. Beaucoup de phénomènes météorologiques et climatiques (par exemple, les ouragans, El Ni & # 241; o, sécheresses, etc.) sont principalement motivées par des processus associés aux interactions de surface atmosphérique-terrestres ^1. Comme plus de la moitié de la surface de la terre sur la terre est aride ou semi-aride ^2-4, décrivant avec précision le cycle de l'eau dans ces régions sur la base des échanges de chaleur et d'eau entre l'air atmosphérique et la surface du sol est essentielle pour améliorer notre compréhension de la les questions susmentionnées,particulièrement dans les régions vulnérables à la sécheresse prolongée et la désertification. Cependant, en dépit de décennies de recherche, il reste encore de nombreuses lacunes de connaissances dans la compréhension actuelle de la façon dont le sous-sol et l'atmosphère peu profonde interagissent ^5.

Processus de transport liés à l'eau liquide, vapeur d'eau, et de la chaleur dans le sol sont dynamiques et fortement couplé par rapport aux interactions avec le sol et forcée conditions aux limites (par exemple, la température, l'humidité relative, rayonnement thermique). Modèles de transfert de chaleur et de masse numériques couramment simplifient ou donnent sur un certain nombre de ces complexités due en partie à un manque de tester et d'affiner les théories existantes résultant d'un manque de données de résolution temporelle et spatiales élevées. Les ensembles de données développés pour la validation du modèle sont souvent manquent d'informations atmosphérique ou subsurface essentiel de tester correctement les théories, résultant dans les modèles numériques qui ne représentent pas correctement à l'importationprocessus de fourmis ou dépendent de l'utilisation de paramètres mal connus qui sont ajustés ou montés dans le modèle. Cette approche est largement utilisé en raison de sa simplicité et sa facilité d'utilisation et, dans certains applications montrées beaucoup de mérite. Cependant, cette approche peut être amélioré par une meilleure compréhension de la physique derrière ces «paramétrisation localisés" en effectuant des expériences bien contrôlées dans des conditions transitoires qui sont capables de chaleur de test et de transfert de l'eau théorie ^6.

Une expérimentation rigoureuse en laboratoire permet des jeux de données de précision pour être générés qui peuvent ensuite être utilisées pour valider les modèles numériques. Les données disponibles à partir de sites de terrain sont souvent incomplètes et coûteux à obtenir, et le degré de contrôle nécessaires pour obtenir une compréhension fondamentale des processus et de générer des données pour la validation du modèle pourraient être jugées insuffisantes dans certains cas. Laboratoire d'expérimentation des phénomènes naturels tels que l'évaporation du sol permet Atmosconditions atmosphériques au (ie, température, humidité relative, vitesse du vent) et les conditions du sol (par exemple, le type de sol, la porosité, l'emballage configuration) pour être soigneusement contrôlées. Beaucoup de techniques de laboratoire utilisées pour étudier l'évaporation du sol et des propriétés thermiques et hydrauliques sol utilisent un échantillonnage destructif ^7-10. Méthodes d'échantillonnage destructives exigent qu'un échantillon de sol décompacté pour obtenir des données de points, empêchant la mesure du comportement transitoire et de perturber les propriétés physiques du sol; cette approche introduit une erreur et d'incertitude pour les données. Mesures non destructives, comme la méthode présentée ici, permettent de déterminer de façon plus précise et l'étude de l'interdépendance des propriétés du sol et traite ^11.

Le but de ce travail est de développer un appareil de réservoir du sol et le protocole associé pour la génération de données à haute résolution spatiale et temporelle élevées concernant les effets des changements dans l'atmosphère et les conditions souterraines surévaporation sol nu. Pour ce travail, une petite soufflerie capable de maintenir une vitesse constante du vent et de la température est interfacé avec un appareil de réservoir du sol. La soufflerie et le réservoir du sol sont instrumentés avec une suite de l'état des technologies de capteurs de l'art pour la collecte de données autonome et continu. La vitesse du vent est mesurée à l'aide d'un tube de Pitot-statique en acier inoxydable fixé à un transducteur de pression. La température et l'humidité relative sont surveillées dans l'atmosphère en utilisant deux types de capteurs. L'humidité relative et la température sont également surveillés à la surface du sol. Capteurs dans l'humidité du sol de mesure de subsurface et de la température. Les mesures de poids de l'appareil du réservoir sont utilisés pour déterminer l'évaporation grâce à un équilibre des masses d'eau. Pour démontrer l'applicabilité de cet appareil expérimental et protocole, nous présentons un exemple de l'évaporation sol nu dans des conditions variables de la vitesse du vent. Le réservoir du sol, emballé de façon homogène avec un sable bien caractérisé, a d'abord été totalement saturated et autorisés à évaporer librement dans des conditions atmosphériques soigneusement contrôlées (température, vitesse du vent).