Construcción de un escudo de radiación compacto de bajo costo para sensores de temperatura del aire en estudios de campo ecológico

Resumen

Con el advenimiento de sensores ambientales pequeños y de bajo costo, ahora es posible desplegar redes de alta densidad de sensores para medir la variación de la temperatura localizada hyper. Aquí, ofrecemos una metodología detallada para la construcción de una versión compacta de un escudo de radiación descrita custom fabricado para el uso con thermochrons barato.

Resumen

Sensores de temperatura de bajo costo utilizan cada vez más por los ecologistas para evaluar la variación climática y cambiar en escalas ecológicamente pertinentes. Aunque rentable, si no se implementa con blindaje contra la radiación solar adecuada, las observaciones de estos sensores será sesgada e inexacta. Escudos de radiación fabricados son eficaces para reducir al mínimo este sesgo, pero son caros en comparación con el costo de estos sensores. Aquí, ofrecemos una metodología detallada para la construcción de una versión compacta de un escudo de radiación fabricado personalizado previamente descritos, que es más preciso que otros métodos de blindaje publicados que tratan de minimizar los costos de tamaño o construcción de escudo. El método requiere muy poco material: corrugado, láminas de plástico, cinta de papel de aluminio y bridas. Una 15 cm y dos de 10 cm cuadrados de plástico corrugado se utilizan para cada escudo. Después de cortar, puntuación, taping y grapado de las hojas, los cuadrados de 10 cm forman la parte inferior del protector dos capas de la radiación solar, mientras que el cuadrado de 15 cm forma la capa superior. Las tres hojas se llevan a cabo junto con bridas. Este escudo de radiación solar compacto puede suspender, o colocado sobre cualquier superficie plana. Debe tenerse cuidado para asegurar que el escudo es completamente paralelo al suelo para evitar la radiación solar directa de alcanzar el sensor, posiblemente causando mayor calientes sesgos en sitios expuestos al sol en la mañana y tarde con respecto a la original, más grande diseño. Aún así, las diferencias en las temperaturas registradas entre el diseño del escudo más pequeño, compacto y el diseño original eran pequeñas (significa sesgo diurna = 0,06 ° C). Los costos de construcción son menos de la mitad del diseño original del escudo y los nuevos resultados del diseño en un instrumento menos visible que puede ser ventajoso en muchos entornos de Ecología de campo.

Introducción

A la luz de calentamiento global antropogénico, ha habido un creciente interés en la grabación de la temperatura del aire en una variedad de ajustes para entender y predecir las respuestas ecológicas al clima cambian^1,2,3. Con el advenimiento de los registradores de datos ambientales pequeños y de bajo costo (también conocido como registradores, thermochrons o hygrochrons), ahora es posible desplegar redes de alta densidad de sensores para medir la variación de la temperatura localizada hyper, aumento de capacidad de ecologistas para observar más directamente las condiciones ambientales ambiente experimentadas por los organismos y los ecosistemas bajo estudio. Comparado con el existente, bien calibrado y probado rigurosamente, pero escasamente distribuida — tiempo permanente las estaciones, tales oportunidades presentes redes evaluar variación climática en escalas ecológicamente relevantes pero puede reducir la exactitud y comparabilidad entre los estudios si sistemáticamente o inadecuadamente implementado.

Sensores de temperatura del aire cerca de la superficie normalmente requieren algún tipo de protección para evitar el calentamiento directo del elemento sensor, que erróneamente calientes medidas de radiación solar. Formas comunes para limitar el sesgo del sensor incluyen: 1) con características ambientales existentes como árboles para sombra⁴, 2) sesgo de corrección y de calibración sensor⁵ que deriva las correcciones basadas en las propiedades térmicas de los sensores y 3) el uso de manufacturado o fabricado de encargo escudos^6,7. Muchos investigadores deciden usar escudos fabricados costumbres debido al bajo costo y fácil implementación y la necesidad en situaciones donde las condiciones ambientales no proporcionan sombra natural. Sin embargo, una revisión de la literatura ecológica indicó que el diseño de encargo escudos fabricados varía ampliamente entre los estudios y diseños individuales se prueban raramente para la exactitud. Escudos pueden ser susceptibles a la mala elección de materiales y diseño de calefacción adicional de las moléculas de aire que inmediatamente rodea el sensor, la absorción directa de la radiación solar por el propio sensor o tanto-conduce a sesgos promedio de hasta 3 ° C⁷. Por otro lado, diseños simple y rentable^6,7 son bastante eficaces en la protección de sensores (sesgos de 1 ° C o menos) y son comparables con los escudos de radiación comercialmente manufacturado.

Aquí, ofrecemos una metodología detallada para la construcción de una radiación fabricado personalizado previamente evaluados escudo⁷ para uso con sensores de temperatura thermochron barato. El diseño del escudo es una modificación de uno previamente descrito y probado en un bosque abierto de pino Ponderosa configuración⁶. En pruebas recientes de varios diseños del escudo fabricado por encargo, este escudo montano probado dio lugar a los prejuicios más bajo cuando se combina con pequeñas thermochrons⁷, pero nos pareció incómodo y demasiado llamativas para desplegar en el campo. El protocolo de diseño aquí propuesto reduce las dimensiones del escudo de radiación en un 50%. Reducción de tamaño tiene varios beneficios: 1) es menos visible y por lo tanto menos susceptibles a la manipulación, 2) puede ser más viable utilizado en una amplia variedad de ajustes ecológicos donde el espacio es limitado (por ejemplo, en pequeños árboles de calle urbanas), 3) es es más preciso que otro publicado blindaje métodos que intentan minimizar el tamaño del escudo o de los costos de construcción⁷y 4) es menos costoso que el diseño original, más grande debido a la reducida cantidad de materiales de construcción necesarios. Después de describir los métodos de construcción, exploramos el efecto de la reducción de tamaño en la precisión del sensor en relación con el diseño original del escudo utilizando los resultados de un ensayo de campo bajo condiciones de alta radiación solar hacia abajo.

Protocolo

1. construcción de la protección de la radiación

1. Usando un cuchillo, cortar las hojas de plástico corrugadas en cuadrados (figura 1A). Se necesitaría un cuadrado de 15 cm y dos cuadrados de 10 cm para cada escudo.
2. Reducción de la capa superior de la pantalla pequeña de la radiación (figura 1B; imagen de la izquierda):
   1. En el cuadrado de 15 cm, miden 4 cm de un extremo y trazar una línea con un lápiz. Use una regla como guía para anotar a lo largo de la línea. (Aquí, "puntuación" significa con un cuchillo hacer un corte que pasa por sólo una capa de corrugado plástico, en lugar de toda la hoja). En adelante este borde de la plaza se hará referencia a como el "top" (figura 1B; imagen de la izquierda).
   2. Mide 3.8 cm de los bordes perpendiculares a la línea de 4 cm. Use una regla como guía para anotar desde la parte inferior hasta la línea de 4 cm (figura 1B; imagen de la izquierda).
   3. Trazar una línea desde ambos ángulos por encima de la línea de 4 cm para el cruce de las líneas de 4 cm y 3,8 cm. Corte a lo largo de esta línea (figura 1B; imagen de la izquierda).
3. Los cortes de las capas media e inferior de la pantalla pequeña de la radiación (figura 1B; media y derecha imágenes):
   1. Utilizando una regla, dibuje un cuadrado de 6 cm en el centro de cada cuadrado de 10 cm (figura 1B, centro y derecha imágenes).
   2. Puntuación todo alrededor del cuadrado de 6 cm y de cada esquina del cuadrado con las esquinas exteriores de los cuadrados de 10 cm 6 cm (figura 1B, centro y derecha imágenes).
4. Utilizar cinta de papel de aluminio para cubrir completamente el lado anotado de la Plaza de 15 cm y uno de los cuadrados de 10 cm y la parte no calificada del otro cuadrado de 10 cm.
5. Usando un taladro de 1/4" bit, taladre orificios como se muestra en la figura 1, en cada una de las capas de escudo.
6. Conecte un sensor de temperatura en la parte inferior de 10 cm cuadrado, que se graba en el lado anotado y tiene los dos agujeros perforados en el medio, mediante la ejecución de la atadura de cables a través del orificio de la cubierta del sensor (o su dispositivo de montaje) y a través de los orificios de lo cuadrados de 10 cm u (figura 1).
7. Doblar las hojas.
   1. Doblar la hoja de 15 cm a lo largo de las líneas anotadas. Presión puede ser necesaria en caso de que la cinta hace que los lados firmemente y difícil de doblar.
   2. Doble las aletas triangulares pequeñas en el interior de la aleta trasera más grande. Cuando se hace correctamente, sólo grabados laterales son visibles desde arriba. El borde de corte de la aleta trasera debe quedar al ras con los lados doblados.
   3. Utilice otra capa de cinta de aluminio para sujetar los lados doblados a la aleta trasera. Las aletas traseras podrían también ser grapadas, con una grapadora para trabajo pesado, para la fuerza agregada.
   4. Tomar las hojas de 10 cm y pellizque los lados juntos a lo largo de la diagonal marcada línea. Utilizando una engrapadora para trabajo pesado, engrape el pellizcado lados juntos (Figura 1E). El producto final tendrá una forma de tazón de fuente de la Plaza.
8. Atar las hojas junto con ataduras de cables de 20 cm.
   1. Comenzando con la hoja de 10 cm con cinta en el lado de la tabla, con tres agujeros, coloque el lado con cinta hacia abajo. Una sujeción de cable a través del orificio izquierdo trasero de dos hojas de 10 cm del hilo de rosca. Dejar 2 cm de espacio vertical entre las dos hojas para asegurar el flujo de aire alrededor del sensor de temperatura. Repita este paso para el agujero de la derecho trasera (Figura 1E, centro y derecha imágenes).
   2. La hoja de 15 cm y pase una sujeción de cable a través de los dos agujeros de lado a lado, en la parte posterior izquierda (imagen izquierda,Figura 1E). Fije este lazo a las hojas de 10 cm, también dejando 2 cm de espacio entre la hoja de 15 cm y la parte superior de la hoja superior 10 cm. Repita este paso para los dos agujeros de lado a lado en la parte posterior derecha (Figura 1E, imagen de la izquierda).
   3. Finalmente, pasa un lazo de cable a través de los tres orificios en la parte delantera las hojas (indicados por la flecha; Figura 1E). Apriete la abrazadera, asegurando que el espacio es incluso entre todas las tres hojas (Figura 1F).
9. Taladre agujeros adicionales en el extremo posterior del producto final montado para facilitar el montaje, donde se necesita. Donde se monta la pantalla, asegúrese de que las tres hojas ponen paralelas al suelo.

Figura 1: instrucciones paso a paso para construir un escudo de radiación pequeño. (A) se cortan cuadrados de 15 cm y 10 cm de la hoja grande de plástico corrugado. (B) hojas del 15 cm entonces se cortan y anotó, y las hojas de 10 cm se anotaron para permitir la flexión del escudo a la forma correcta. (C) los agujeros son taladrados en cada hoja. (D) el sensor está ligado a una de las hojas de 10 cm. (E) el escudo se ensambla utilizando varias bridas. (F) el escudo final está listo para la instalación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Resultados

Resultados representativos usando thermochrons equipado con el nuevo, diseño de escudo más pequeño, el diseño original de la pantalla más grande y los thermochrons con ningún escudo de radiación se muestran en la figura 2 y figura 3. Estos datos se registraron en una zona rural totalmente expuesta cerca de Raleigh, Carolina del norte (35.728 ° N, 78.680 ° W) y en una estación permanente bien calibrada...

Discusión

La exactitud y la repetibilidad de las mediciones de temperatura del aire dependen del uso de un adecuado protector solar que protege el sensor de radiación solar directa y reflejada. Aquí describimos la construcción del escudo que es mas compacto en tamaño, menos costoso, o más rápido para construir que dispositivos similares, previamente descrito⁶, sin sacrificar la precisión. 94% de las temperaturas registradas para los thermochrons equipado con el escudo más pequeño eran en 1.0 ° C d...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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