La exploración de los efectos de los forzamientos atmosféricos de evaporación: Integración experimental de la capa límite atmosférica y superficial del subsuelo

La comprensión de la interacción entre la tierra y el ambiente es de suma importancia para nuestra comprensión de muchos de los problemas actuales del mundo, tales como filtración de dióxido de carbono geológico-secuestrado en el suelo, el cambio climático, agua y suministro de alimentos, la detección precisa de las minas terrestres, y el saneamiento de las aguas subterráneas y el suelo. Además, las bolsas principales de calor y agua que impulsan las condiciones meteorológicas mundiales y regionales se producen en la superficie de la Tierra. Muchos fenómenos meteorológicos y climáticos (por ejemplo, huracanes, El Ni & # 241; o, sequías, etc.) son impulsados ​​principalmente por los procesos asociados con las interacciones superficie-atmósfera de la tierra ^1. Como más de la mitad de la superficie de la tierra en la Tierra es árido o semiárido ^2-4, que describe con precisión el ciclo del agua en estas regiones sobre la base de intercambios de calor y de agua entre el aire de la atmósfera y la superficie del suelo es fundamental para mejorar nuestra comprensión de los temas antes mencionados,especialmente en las regiones vulnerables a la sequía prolongada y la desertificación. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, aún quedan muchas lagunas de conocimiento en la comprensión actual de cómo el subsuelo poco profundo y el ambiente interactúan ^5.

Procesos de transporte que incluyen agua líquida, vapor de agua, y el calor en el suelo son dinámicos y fuertemente acoplado con respecto a las interacciones con el suelo y forzada condiciones de contorno (es decir, temperatura, humedad relativa, radiación térmica). Modelos de transferencia de calor y masa numéricos comúnmente simplifican o pasan por alto algunas de estas complejidades debido en parte a la falta de pruebas y el refinamiento de las teorías existentes derivadas de la escasez de datos de alta resolución temporal y espacial. Conjuntos de datos desarrollados para la validación del modelo se carece a menudo de información atmosférica o subsuelo fundamental para probar adecuadamente las teorías, lo que resulta en modelos numéricos que no tienen en cuenta adecuadamente para la importaciónprocesos de hormigas o dependen de la utilización de parámetros poco conocidos que se ajustan o montarse en el modelo. Este enfoque es ampliamente utilizado debido a su simplicidad y facilidad de uso y tiene en algunas aplicaciones se muestran mucho mérito. Sin embargo, este enfoque puede ser mejorado mediante una mejor comprensión de la física detrás de estos "parametrizaciones concentrados" mediante la realización de experimentos bien controlados en condiciones transitorias que son capaces de pruebas de transferencia de calor y agua teoría ^6.

Experimentación cuidadosa en el laboratorio permite a los conjuntos de datos de precisión que se generen que posteriormente se puede utilizar para validar los modelos numéricos. Los datos disponibles de los sitios de campo son a menudo incompletos y costoso de obtener, y el grado de control necesarios para obtener una comprensión fundamental de los procesos y generar datos para la validación de modelos podrían considerarse insuficientes en algunos casos. La experimentación de laboratorio de los fenómenos naturales como la evaporación del suelo permite atmoscondiciones atmos- (es decir, temperatura, humedad relativa, velocidad del viento) y las condiciones del suelo (es decir, el tipo de suelo, la porosidad, el embalaje de configuración) para ser cuidadosamente controlados. Muchas de las técnicas de laboratorio utilizadas para estudiar la evaporación del suelo y las propiedades térmicas e hidráulicas del suelo utilizan muestreo destructivo ^7-10. Métodos de muestreo destructivos requieren que una muestra de suelo se descomprime para obtener datos de puntos, lo que impide la medición del comportamiento transitorio e interrumpiendo propiedades físicas del suelo; este enfoque introduce error y la incertidumbre a los datos. Mediciones no destructivas, como el método que aquí se presenta, permiten una determinación más precisa y el estudio de la interdependencia de las propiedades del suelo y procesos ^11.

El objetivo de este trabajo es desarrollar un aparato de depósito de suelo y el protocolo asociado para la generación de datos de resolución espacial y temporal altos relativos a los efectos de los cambios en la atmósfera y las condiciones del subsuelo enla evaporación del suelo desnudo. Para este trabajo, un túnel de viento pequeño capaz de mantener una velocidad constante viento y la temperatura se interconecta con un aparato de depósito de suelo. El túnel de viento y el tanque del suelo están equipados con un conjunto de estado de las tecnologías de sensores de arte para la recopilación de datos autónomo y continuo. La velocidad del viento se mide usando un tubo de pitot-estática de acero inoxidable unido a un transductor de presión. La temperatura y la humedad relativa se supervisan en la atmósfera utilizando dos tipos de sensores. La humedad relativa y la temperatura también son monitoreados en la superficie del suelo. Los sensores de la humedad del suelo y la temperatura medida del subsuelo. Mediciones de peso del aparato tanque se utilizan para determinar la evaporación a través de un balance de masas de agua. Para demostrar la aplicabilidad de este aparato experimental y el protocolo, se presenta un ejemplo de la evaporación del suelo desnudo bajo condiciones variables de velocidad del viento. El depósito de suelo, lleno homogéneamente con una arena bien caracterizado, fue inicialmente completamente saturated y dejó evaporar libremente en condiciones atmosféricas cuidadosamente controladas (temperatura, velocidad del viento).