Esplorare gli effetti dell'inquinamento atmosferico forcing per evaporazione: Integrazione sperimentale dello strato atmosferica Boundary e Subsurface Shallow

Comprendere l'interazione tra la terra e l'atmosfera è fondamentale per la nostra comprensione di molti problemi del mondo di oggi, come fuoriuscita di anidride carbonica geologicamente-sequestrato nel suolo, i cambiamenti climatici, l'acqua e l'approvvigionamento alimentare, il rilevamento accurato delle mine terrestri, e la bonifica delle acque sotterranee e del suolo. Inoltre, gli scambi primari di calore e acqua che guidano condizioni meteorologiche globali e regionali verificano sulla superficie della Terra. Molti fenomeni meteorologici e climatici (ad esempio, uragani, El Ni & # 241; o, siccità, ecc) sono principalmente guidati da processi associati atmosferico-land interazioni di superficie ^1. Come più della metà della superficie terrestre sulla Terra è aride o semiaride ^2-4, che descrive con precisione il ciclo delle acque in queste regioni sulla base di scambi di calore e di acqua tra l'aria atmosferica e la superficie del suolo è fondamentale per migliorare la nostra comprensione di le questioni di cui sopra,in particolare nelle regioni vulnerabili alla siccità e alla desertificazione estesa. Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, rimangono ancora molte lacune nelle conoscenze nell'attuale comprensione di come il sottosuolo superficiale e l'atmosfera interagiscono ^5.

Processi di trasporto coinvolgono acqua liquida, vapore acqueo, e il calore nel suolo sono dinamiche e fortemente accoppiato rispetto alle interazioni con il suolo e forzata condizioni al contorno (cioè, temperatura, umidità relativa, radiazione termica). Modelli di calore e di massa di trasferimento numeriche comunemente semplificano troppo o si affacciano su un certo numero di queste complessità dovuta in parte alla mancanza di prove e la raffinatezza delle teorie esistenti derivanti da una carenza di dati ad alta risoluzione spaziale e temporale. Dataset sviluppati per la convalida dei modelli sono spesso carenti informazioni atmosferica o sottosuolo fondamentale per testare correttamente le teorie, con conseguente modelli numerici che non rappresentano adeguatamente importazioneprocessi formica o dipendono dall'uso di parametri poco conosciute che sono regolate o adattarsi al modello. Questo approccio è ampiamente utilizzato per la sua semplicità e facilità di utilizzo e presenta in alcune applicazioni indicate molto merito. Tuttavia, questo approccio può essere migliorato attraverso una migliore comprensione della fisica dietro questi "parametrizzazioni concentrati" effettuando esperimenti ben controllati in condizioni transitorie che sono in grado di prove di calore e trasferimento di acqua teoria ^6.

Un'attenta sperimentazione in laboratorio permette dataset di precisione da generare che può successivamente essere utilizzato per validare modelli numerici. Dati disponibili da siti di campo sono spesso incomplete e costoso ottenere, e il grado di controllo necessari per ottenere una comprensione fondamentale dei processi e per generare dati di convalida del modello potrebbero essere considerati talora inadeguata. Laboratorio di sperimentazione di fenomeni naturali quali l'evaporazione del suolo permette atmoscondizioni atmosferico (cioè, temperatura, umidità relativa, velocità del vento) e le condizioni del suolo (ad esempio, tipo di terreno, la porosità, la configurazione d'imballaggio) da controllare con attenzione. Molte tecniche di laboratorio utilizzate per lo studio di evaporazione del suolo e del suolo proprietà termiche e idrauliche utilizzano un campionamento distruttivo ^7-10. Metodi di campionamento distruttivi richiedono che un campione di suolo decomprimere per ottenere dati puntuali, impedendo la misurazione del comportamento transitorio e distruggere proprietà fisiche del suolo; questo approccio introduce errore e l'incertezza per i dati. Misure non distruttive, come il metodo presentato qui, consentono la determinazione più accurata e lo studio dell'interdipendenza di proprietà del suolo e processi ^11.

L'obiettivo di questo lavoro è quello di sviluppare un apparato di carro armato del suolo e protocollo associato per la generazione di dati di risoluzione spaziale e temporale elevate relative agli effetti delle variazioni atmosferiche e delle condizioni del sottosuolo suevaporazione nudo terreno. Per questo lavoro, una piccola galleria del vento in grado di mantenere una velocità del vento e temperatura costanti è interfacciato con un apparato tank terreno. La galleria del vento e il serbatoio del suolo sono strumentati con una suite di tecnologie allo stato dell'arte dei sensori per la raccolta di dati autonomo e continuo. Velocità del vento viene misurata utilizzando un acciaio tubo di Pitot-statico in acciaio collegato a un trasduttore di pressione. Temperatura e umidità relativa sono monitorati nell'atmosfera utilizzando due tipi di sensori. Umidità relativa e temperatura vengono monitorati anche sulla superficie del suolo. I sensori della misura dell'umidità del suolo sottosuolo e della temperatura. Misurazioni di peso dell'apparato serbatoio vengono utilizzati per determinare l'evaporazione attraverso un bilancio di massa di acqua. Per dimostrare l'applicabilità di questo apparato sperimentale e protocollo, presentiamo un esempio di evaporazione nudo suolo in diverse condizioni di velocità del vento. Il serbatoio del terreno, ricco omogeneo con una sabbia ben caratterizzato, è stato inizialmente completamente saturated e lasciato evaporare liberamente in condizioni atmosferiche attentamente controllate (temperatura, velocità del vento).