Summary

Строительство компактный лоу кост излучения щита для датчиков температуры воздуха в экологической области исследований

Published: November 06, 2018
doi:

Summary

С появлением небольших, недорогих экологических датчиков это теперь можно развернуть высокой плотности сетей датчиков для измерения гипер локализованных температуры. Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения компактная версия ранее описанных пользовательские сфабрикованы радиационного щита для использования с недорогой thermochrons.

Abstract

Низкая стоимость температурные датчики используются чаще экологов для оценки климатических изменений и изменений на экологически соответствующих шкал. Несмотря на экономически эффективным, если не развернуты с правильной солнечной радиации экранирования, наблюдениях, зарегистрированную от этих датчиков будет предвзятым и неточными. Излучения производства щитов являются эффективными при минимизации этой предвзятости, но дорого по сравнению со стоимостью этих датчиков. Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения компактная версия ранее описанных пользовательские сфабрикованы радиационного щита, который является более точным, чем другие опубликованные защитные методы, которые пытаются свести к минимуму размер или строительные расходы щит. Этот метод требует очень мало материала: гофрированных пластиковых листов, алюминиевая фольга клейкой лентой и стяжек. Один из 15 см и два 10 см квадратов гофрированного пластика используются для каждого щита. После резки, озвучивание, лентой и сшивание листов, 10 см квадраты образуют нижней два слоя солнечного излучения щит, в то время как 15 см площади образует верхний слой. Три листа проводятся вместе с бандажами. Этот компактный солнечной радиации щит может быть приостановлена или помещены против любой плоской поверхности. Необходимо позаботиться о том, чтобы щит полностью параллельна земле, чтобы предотвратить прямой солнечной радиации от достижения датчик, возможно причинение увеличение утром и вечером по отношению к оригинальной, больше теплых предубеждения в солнце открытые сайты дизайн. Тем не менее, различия в записанных температур между щит меньший, компактный дизайн и оригинальный дизайн были небольшими (означает дневное смещения = 0,06 ° C). Расходы на строительство составляют меньше половины оригинального дизайна щит, и новый дизайн результаты в менее заметной инструмент, который может оказаться полезным во многих местах экологии.

Introduction

С учетом антропогенного глобального потепления, наблюдается растущий интерес к записи температуры воздуха в различных параметров для понимания и прогнозирования экологической реакции климата изменения1,2,3. С появлением небольших, недорогих экологических данных рекордеры (также упоминаемый как регистраторы данных, thermochrons или hygrochrons), это теперь можно развернуть высокой плотности сетей датчиков для измерения изменения гипер локализованных температуры, повышение экологов возможность непосредственно наблюдать испытываемых организмов и экосистем при исследовании окружающего условий окружающей среды. По сравнению с существующими, хорошо калиброванный и тщательно протестированные — но малонаселенной распределенных — постоянный Погода станции, такие сети открывают возможности для оценки климатических изменений на экологически соответствующих шкал, но может уменьшить точность и сопоставимость Среди исследований, если развертывание непоследовательно или ненадлежащим образом.

Датчики температуры воздуха у поверхности обычно требуется некоторый тип солнечной радиации, экранирование для предотвращения прямого нагрева элемента датчика, который приведет к ошибочно теплой измерений. Общие способы ограничения смещения датчика включают: 1) с помощью существующих экологических функций, таких как деревья для тени4, 2) уклоном, коррекция и калибровки датчика5 , что полученные исправления на основе тепловых свойств датчиков и 3) использование изготовленные или пользовательские сфабрикованы щиты6,7. Многие исследователи предпочитают использовать пользовательские сфабрикованы щитов из-за низкой стоимости и простое развертывание и необходимость в ситуациях, где экологические условия не дают природные затенение. Однако обзор экологической литературы указал, что дизайн пользовательские сфабрикованы Шилдс варьируется среди исследований, и индивидуальные проекты редко проверяются на точность. Непроверенных щиты могут быть восприимчивы к плохой выбор материалов и конструкции, которые вызывают дополнительное отопление молекул воздуха непосредственно вокруг датчика, Прямая абсорбция солнечного излучения датчика, сам или так ведущих в среднем уклоны до 3 ° C7. С другой стороны простой и экономически эффективных конструкций6,7 являются весьма эффективными в защитные датчики (предубеждения 1 ° c или меньше) и сопоставимы с коммерчески выпускаемой излучения щитов.

Здесь мы предоставляем подробную методологию для построения ранее вычисленное пользовательские сфабрикованы излучения щит7 для использования с недорогой thermochron датчики температуры. Дизайн щита является модификацией одного ранее описанных и испытаны в лесу сосна жёлтая открытой установки6. В недавних испытаний конструкций нескольких пользовательские сфабрикованы щит этот щит горные испытания привели к низким предубеждения, когда в паре с небольшой thermochrons7, но мы нашли его громоздким и слишком заметным для развертывания на местах. Дизайн протокола, предложенные здесь уменьшает размеры радиационного щита на 50%. Такое сокращение в размере имеет несколько преимуществ: 1) это менее заметны и поэтому менее восприимчивым к фальсификации, 2) он может более реально использоваться в более широкий спектр экологических параметров где космос лимитирован (например, на небольших городских уличных деревьев), 3) ИТ является более точным, чем другие опубликованные защитные методы, которые пытаются свести к минимуму размер щита или строительные расходы7и 4) это дешевле, чем оригинал, крупных дизайн за счет сокращения количества строительных материалов требуется. После описания методов строительства, мы исследуем эффект уменьшения размера на датчик точности по сравнению с оригинальным дизайном щит, используя результаты полевых испытаний, в условиях высокой вниз солнечной радиации.

Protocol

1. Строительство радиационного щита Используя нож, гофрированные листы пластика разрежьте на квадраты (рис. 1A). Один квадрат 15 см и 10 см на две клетки будут необходимы для каждого щита. Вырезы для верхнего слоя щита небольшой излучения (рис. 1B; из?…

Representative Results

Представитель результаты с помощью thermochrons, оснащенный новым, меньше щит дизайн, оригинальный дизайн больше щит и thermochrons с не щит излучения показаны на рисунке 2 и на рисунке 3. Эти данные были записаны на полностью открытой сел?…

Discussion

Точность и воспроизводимость измерений температуры воздуха зависят от использования соответствующего Солнечный щит, который защищает датчик от прямого и отраженного солнечного излучения. Здесь мы описываем строительство щит, который более компактный размер, менее дорогим, или постр…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы благодарим Эмили Майнеке за вклад оригинального дизайна исследования и эксперимента. Мы благодарим Райана Бойлс для облегчения доступа к исследование сайты и метеостанции данных. Хайме Кольясо, Стивен Фрэнк и Эрика Генри условии регистраторы данных и излучения щитами. Доступ к изучению сайт был одобрен Северная Каролина государственный климата. Любое использование названий торговли, фирмы или продукта для описательных целей только и не подразумевает одобрение правительством США.

Materials

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

Referências

  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), (2009).
  13. Fuchs, M., Tanner, C. B. Radiation shields for air temperature thermometers. Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).
check_url/pt/58273?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Terando, A. J., Prado, S. G., Youngsteadt, E. Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies. J. Vis. Exp. (141), e58273, doi:10.3791/58273 (2018).

View Video