一种用于空气温度传感器的紧凑型低成本辐射屏蔽的生态场研究

Adam J. Terando; Sara G. Prado; Elsa Youngsteadt

doi:10.3791/58273

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Method Article

一种用于空气温度传感器的紧凑型低成本辐射屏蔽的生态场研究

DOI:

10.3791/58273

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November 6th, 2018

Adam J. Terando¹^,², Sara G. Prado², Elsa Youngsteadt³

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

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摘要

随着小型低成本环境传感器的出现, 现在可以部署高密度的传感器网络来测量超局部温度变化。在这里, 我们提供了一个详细的方法来构建一个紧凑的版本, 一个紧凑的版本, 前面描述的定制辐射屏蔽与廉价的热铬一起使用。

摘要

低成本温度传感器越来越多地被生态学家用来评估气候变化和与生态相关的尺度上的变化。虽然成本效益高, 但如果不使用适当的太阳辐射屏蔽部署, 从这些传感器记录的观测结果将是偏置和不准确的。制造的辐射屏蔽可以有效地最大限度地减少这种偏差, 但与这些传感器的成本相比, 成本很高。在这里, 我们提供了一个详细的方法来构建一个紧凑的版本, 上面描述的定制辐射屏蔽, 这是比其他已公布的屏蔽方法, 试图最大限度地减少屏蔽尺寸或施工成本更准确。该方法需要很少的材料: 波纹塑料板, 铝箔管道胶带, 电缆领带。每个盾牌都使用一个15厘米和两个10厘米的波纹塑料正方形。切割、打分、录音和装订后, 10 厘米的方块形成太阳辐射防护罩的底层两层, 而15厘米的正方形形成顶层。这三张纸与电缆扎带在一起。这种紧凑的太阳辐射屏蔽可以悬挂, 也可以放置在任何平面上。必须注意确保屏蔽与地面完全平行, 以防止直接太阳辐射到达传感器, 可能会在上午和下午对暴露在太阳的场所造成相对于原来的、更大的地方的温暖偏差增加设计。即使如此, 较小、紧凑的屏蔽设计和原始设计之间记录的温度差异很小 (白天的平均偏差 = 0.06°c)。施工成本还不到原来盾构设计的一半, 新设计的结果是仪器不那么显眼, 在许多野外生态环境中可能是有利的。

引言

鉴于人为的全球变暖, 人们越来越有兴趣记录各种环境中的气温, 以了解和预测对气候变化的生态反应¹^、²^、^3.随着小型、低成本环境数据记录仪 (也称为数据记录仪、热现象或湿度记录仪) 的出现, 现在可以部署高密度的传感器网络来测量超局部温度变化, 从而增加生态学家更直接地观察所研究的生物体和生态系统所经历的环境环境条件的能力。与现有的、经过良好校准和严格测试的--但分布稀少的--永久气象站相比, 这些网络提供了在生态相关尺度上评估气候变化的机会, 但可能会降低准确性或可比性在研究中, 如果部署不一致或不适当。

近地表空气温度传感器通常需要某种类型的太阳辐射屏蔽, 以防止传感器元件直接加热, 这将导致错误的热测量。限制传感器偏差的常用方法包括: 1) 使用现有的环境特征, 如树用于遮阳⁴, 2) 偏置校正和传感器校准⁵ , 根据传感器的热特性得出校正, 3) 使用制造或定制制造的护盾⁶^,⁷。许多研究人员选择使用定制的屏蔽, 因为低成本和易于部署, 以及在环境条件不能提供自然遮阳的情况下的必要性。然而, 对生态文献的回顾表明, 定制的护盾的设计在不同的研究中差别很大, 个别设计很少经过准确性测试。未经测试的屏蔽可能容易受到材料和设计选择不当的影响, 从而导致传感器周围的空气分子的额外加热、传感器本身对太阳辐射的直接吸收, 或导致平均偏差高达3°c⁷。另一方面, 简单且经济高效的设计⁶^,⁷在屏蔽传感器 (1°c 或更低的偏差) 上相当有效, 可与商业制造的防辐射屏蔽相媲美。

在这里, 我们提供了一个详细的方法来构建一个以前评估过的定制辐射屏蔽⁷ , 用于廉价的热雪温度传感器。屏蔽设计是一个修改一个先前描述和测试在一个开放的 ponderosa 松树森林设置⁶。在最近对几种定制的屏蔽设计进行的测试中, 这种经过猴子测试的屏蔽与小热不少7配对时产生了最低的偏差, 但我们发现它既繁琐又显眼, 无法在现场部署。这里提出的设计协议将辐射屏蔽的尺寸减少了50%。这种规模的缩小有几个好处: (1) 它不那么显眼, 因此不太容易被篡改, (2) 它可以更有可能地在空间有限的更广泛的生态环境中使用 (例如,在较小的城市街道树木上), (3) 它比其他公布的屏蔽方法更准确, 这些方法试图最大限度地减少屏蔽尺寸或施工成本⁷, 4) 它比原来的更便宜, 由于所需建筑材料数量的减少, 设计更大。在描述了施工方法的基础上, 利用在高太阳辐射条件下进行的实地试验结果, 探讨了尺寸减小相对于原屏蔽设计的精度的影响。