이 연구는 미 육군 연구 사무실 상 W911NF-04-1-0169, 공학 연구 개발 센터 (ERDC)와 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 부여 EAR-1029069에 의해 투자되었다. 학부 연구의 여름 프로그램 광산의 콜로라도 학교를 부여하여 또한,이 연구가 지원되었다. 저자는 자신의 공헌 라이언 Tolene와 폴 슐츠을 감사드립니다.

주 : 실험실 테스트는 기후 제어 풍동 장치와 인터페이스 이차원 벤치 스케일 탱크를 사용하여 수행된다. 벤치 규모의 탱크와 풍동 모두 다양한 센서 기술을 계측한다. 다음 프로토콜은 제 풍동 논의 모두의 계측 하였다 건설 토양 탱크의 제조에 대해 논의한다. 제시 탱크 치수 풍동 치수, 센서의 수, 및 센서 기술 유형은 특정 실험 장치의 요구에 적합하도록 변형 될 수있다. 아래 제시된 프로토콜은 실험적 베어 토양 증발에 풍속의 영향을 연구하기 위해 사용되었다. 1. 건설 및 다공성 미디어 토양 탱크의 제조 <ol><li> 다섯 개별 창으로 1.2 cm 두께의 아크릴 유리의 큰 조각을 잘라. 내부 길이, 폭 25의 높이, 9.1 55cm, RESP와 오픈 얹어 토양 탱크에이 창을 조립ectively. 아크릴 유리는 지하에있는 프로세스가 육안으로 관찰 할 수 있습니다. </li><li> . 그림 1과 같이 두 개의 큰 유리 창 (길이 25cm, 높이 55cm)에 각각 25cm로 25cm 인 5 × 5 격자 그리기 그리드 내에서 각 사각형 25cm 2의 영역이 있는지 확인 (그림 1). 그리드는 토양 탱크 내의 공간을 적절하게 센서에 사용된다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig1highres.jpg" width="700" /> 도 1 : 실험 셋업 (치수 센티미터) 사용 토양 탱크의 개략도 정면도 및 측면도 (a) 스물 다섯 5cm X 5cm 이루어진 그리드 시스템을 표시 토양 탱크의 정면도. 사각형입니다. (b) 토양 탱크의 측면도로서 FUNC 설치된 온도, 상대 습도, ​​토양 수분 센서 네트워크를 도시깊이의 기. 회로도는 비율로 그려되지 않습니다. <ol start="3"><li> 대형 유리 평면 중 하나에서, 스물 다섯 1.9 cm (¾ 인치) 토양 수분 센서 직경 홀의 총 드릴. <ol><li> 두 접하는 사각형의 구멍의 중심이 5cm 떨어져 있도록 단계 120에서 설립 그리드의 모든 정사각형의 중심에 각각 구멍을 드릴; 구멍의 제 1 세트는 탱크의 상부 아래 2.5 cm이다. 새로 생성 된 구멍의 각에 스레드를 잘라 적절한 크기 탭을 사용하십시오. 센서 사이 5cm 간격은 각각의 센서는 센서의 다음으로 가장 가까운 샘플 볼륨의 외부에있는 것을 보장한다. </li></ol></li><li> 이와 유사하게, 드릴 단계 1.2 동안 생성 된 각 격자 상자의 중앙에 이십오 0.635 cm (¼ 인치) 직경의 구멍의 총을 누릅니다. 각 구멍의 중심이 2.5 cm 토양 탱크의 맨 아래에있는 구멍의 첫 번째 행에 5cm 이격되어 있는지 확인합니다. 센서 사이 5cm 간격은 각 S 보장ENSOR은 다음으로 가장 가까운 센서의 샘플링 체적의 외부이다. </li><li> 탱크, 드릴의 하위로 사용되는 아크릴 창에서 창 중간에 하나의 ½ 인치 직경의 구멍을 누릅니다. 유리의 내부면에 걸쳐 구멍 (이용되는 테스트 토양보다 미세한) 메쉬 스크린을 붙인다. 바닥면의 외측에 조절 밸브가가요 성 호스에 연결되어 90 ° 엘보를 설치한다. 이 밸브와 배관이 실험의 종료시 또는 일정한 수면 깊이를 일정하게 유지하기위한 헤드 장치를 설치하는 방법으로 탱크로부터 물을 배출하기 위해 사용된다. </li><li> . 해양 등급의 접착제 또는 첨부 그림 1과 같이 함께 탱크를 밀봉 유사한 방수 폴리머 접착제를 사용하여 접착제가 하루 동안 치료하도록 허용합니다. </li><li> lengt 기반으로 주사기 Z- 추적 injection.Size 1.2 cm 두께의 아크릴 유리의 두 개의 추가 조각을 부착, 지상 떨어져 탱크를 올리고 90도 팔꿈치위한 공간 (그림 1)를 만들려면탱크의 바닥에 H 12cm, 높이 5cm. </li></ol> 2. 건설 및 기후 제어 풍동의 준비 <ol><li> 8.5 cm의 폭, 26cm의 높이를 갖는 직사각형 아연 도금 강판 덕트 재료로 풍동 215cm 긴 상류 부 구축. 폴리스티렌 절연 덕트의 외부를 둘러싸고 있습니다. </li><li> 상대 습도는 온도 센서의 삽입 풍동의 상류 부의 하류 출구 근처 덕트 라인의 측면에 작은 구멍을 뚫는다 (도 2). </li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52704/52704fig2highres.jpg" width="700" /> 그림 2 :. 탱크, 덕트, 센서 그리드 (치수는 센티미터에) 포함하여 전체 실험 장치가 결합 된 풍동 및 토양 탱크 장치의 실험 셋업을 완료합니다. 풍동은상승과 토양 탱크의 표면과 같은 높이 앉아있다. 토양 탱크는 하부 표면과 대기의 다양한 변수를 측정하는 데 사용되는 센서 네트워크로 계측된다. 그리드 원은이 센서를 삽입하는 위치를 나타냅니다. 가열 제어 시스템 및 인라인 덕트 팬은 각각, 온도 및 풍속을 제어하기 위해 사용된다. 피토 정전기 튜브 풍속을 측정하는 데 사용된다. 전체 장치는 실험 동안 질량 밸런스를 얻기 위해 가중 규모에 앉는다. 회로도는 비율로 그려되지 않습니다. <ol start="3"><li> 풍동의 상류 부분의 길이를 따라 평행하게 반사기 내에 배치 다섯 세라믹 적외선 가열 소자를 설치한다. 적외선 온도 센서에 의해 조절하는 온도 제어 시스템, 적외선 가열 요소를 연결한다. </li><li> 각각 25cm와 26cm의 길이와 높이와 두 1.2 cm 두께의 아크릴 패널 중 풍동의 중간 부분을 구축합니다.도 2에 도시 된 위치에서의 온도 및 / 또는 습도 온도 센서를 삽입 중앙부 패널 중 하나에 두 0.635 cm (¼ 인치) 직경의 구멍을 뚫는다. <ol><li> 토양 탱크의 측벽의 상부로 아크릴 패널을 고정 (즉, 크기 25cm X 55cm와 패널), 강한 접착 테이프를 이용하여 풍동 토양 탱크 패널은 서로 같은 높이로 보장. </li></ol></li><li> 단계 2.1에 기재된 방법과 동일한 크기의 직사각형 덕트 재료로 풍동의 하류부의 제 50cm 구축. 종단 측면에서, 170cm의 길이가 15.3 cm 직경 원형 덕트에 직사각형 덕트 물질을 줄일 수 있습니다. 아연 도금 강판 댐퍼를 설치, 바람의 속도 제어에 원조를위한 원형 덕트의 먼 하류 끝에서, 바람의 속도를 조정합니다. </li><li> 단계 2.2에서와 같이,에 대한 입구 근처 직사각형 덕트의 하류 측에서 하나 0.635 cm 직경의 구멍을 뚫상대 습도는 온도 센서의 삽입. 풍동의 중심선을 따라 직사각형 덕트의 상단에서 제 0.635 cm 직경의 구멍을 뚫는다. </li><li> 원형 덕트의 중간에 인라인 덕트 팬을 장착합니다 (즉, 단계 2.4에 설명 감소 하류 85cm) 지향은 풍동의 하류 부분에서 공기를 배출합니다. 회전 수의보다 정확한 제어를위한 그 결과 풍속 등의 가변 속도 컨트롤러와 팬을 인터페이스입니다. </li><li> 올리고 풍동 장치를 확보하기 위해 용접 재료 및 가변 선반 유닛을 사용한다. 상류와 하류 배관의 바닥은 흙 탱크 (그림 2)의 상단 높이가 있는지 확인합니다. </li></ol> 센서 3. 설치 <ol><li> 토양 탱크 내에 설치하기 전에, 나사 NPT 하우징 내의 각각의 토양 수분과 온도 센서를 고정 (1.9 cm와 0.635 cm의 각각 하우징) 및 SE깜박이는 실란트와 알은 수분 침입을 방지합니다. 그들이 어떤 센서 내에서 전자 공학을 방해 할 수있는 실리콘 기반의 실란트 제품을 사용하지 마십시오. 약 1 주일의 센서를 치료. </li><li> 앞서 토양 탱크 설치, 사카키 외. (12)에 의해 개발 된 두 지점 α 혼합 방법에 따라 토양 수분 센서를 교정. </li><li> NPT 스레딩과 아크릴 유리 사이에 더 나은 밀봉을 제공하기 위해 탱크에 설치하기 전에 배관공 테이프와 각 NPT 하우징의 스레드를 감싸. </li><li> 가로 단계 1.2에서 논의 된 위치에서 탱크의 벽을 통해 25 토양 수분과 온도 센서들 각각의 전체를 설치한다. 케이블 내의 내부 배선에 손상을주지 않도록 NPT 장착 / 하우징과 동기화 센서 케이블을 트위스트. 과잉 토크 NPTs 깨지는 것을 방지하기 위해 유리하지 않는 정도로. 그 지정 데이터에 토양 수분 센서와 온도 센서를 연결로거. </li><li> 탱크의 최첨단 2.5, 12.5 및 21.5 cm의 거리에서 토양 표면에 3 상대 습도 온도 센서를 설치합니다. 상대 습도 수치가 토양 표면보다는 주변 공기의 조건을 반영되도록 토양 표면과 잘 접촉 센서를 놓는다. 데이터 로거에 센서를 연결합니다. </li><li> 분위기에 필요한 공기의 온도 및 상대 습도 측정을 얻기 위해서는, 풍동의 상류 및 하류 섹션뿐만 아니라 패널을 천공 구멍을 이용하여, 풍동의 자유로운 흐름 부분에서 상대 습도 온도 센서를 설치한다. </li><li> 하류 풍동 섹션 상단에 드릴 0.635 cm의 구멍을 통해 토양 탱크의 직접 하류 피토 정전기 튜브를 설치합니다. 섹션의 바닥에서 13cm의 높이에서 피토 정전기 튜브를 잡고. 차동 압력 변환기에 피토 정전기 튜브를 연결합니다. </li><li> Calibrat차압 변환기 전자. 정체과 정압의 차이로 정의되는 피토 튜브 정전기 대책 동압. 압력 차이는 전압 차와 압력 트랜스 듀서에 의해 해석된다. <ol><li> 없는 흐름 조건에서 전압 (전압이 0 거의 동일해야 함) 및 알려진 동적 압력의 흐름을 측정; 이 선형 관계가 동적 압력과 전압 사이에 설정 할 수 있습니다. 베르누이의 식을 적용하여 풍속을 결정 : <img alt="식 (1)" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq1.jpg" width="100" /> (1) V (m / 초)이 풍속, P의 동적 (PA) 인 동적 압력 및 ρ (kg / m 3) 여기서 공기의 밀도이다. </li><li> (1) 다른 측정 장치와 수학 식을 이용하여 계산 속도를 비교한다. 여기서, 피토 정전기 튜브 차압 TRA 비교레이저 도플러 유속계 (LDV) ± 0.01 m / 초의 정확도를 가지고 측정을 nsducer. 채용 센서 및 관련 샘플링 주파수의 요약은 표 1에서 찾을 수 있습니다 센서 사양 및 기타 정보는 동봉 된 재료 / 장비 목록을 참조하십시오. 참고. </li></ol></li></ol><table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 감지기 </td><td> 센서 측정 </td><td> 실험 장치에 사용되는 센서의 수 </td><td> 센서의 샘플링 주파수 (분) </td></tr><tr><td> EC-5 </td><td> 토양 수분 </td><td> (25) </td><td> (10) </td></tr><tr><td> ECT </td><td> 토양 / 공기 온도 </td><td> (25) </td><td> (10) </td></tr><tr><td> SH-1 </td><td> 열적 특성 </td><td> 1 </td><td> (10) </td></tr><tr><td> EHT </td><td> 상대 습도 / 온도 </td><td&gt; 5 </td><td> (10) </td></tr><tr><td> 적외선 카메라 </td><td> 표면 온도 / 증발 </td><td> 1 </td><td> 1 </td></tr><tr><td> 디지털 카메라 </td><td> 건조 앞의 시각화 </td><td> 1 </td><td> (60) </td></tr><tr><td> 피토 정적 관 </td><td> 풍속 </td><td> 1 </td><td> (10) </td></tr><tr><td> 무게 규모 </td><td> 누적 증발 / 증발 속도 </td><td> 1 </td><td> (10) </td></tr></tbody></table> 표 1 : 본 연구의 실험 부분에 사용되는 센서의 개요. 4. 토양 탱크 팩과 실험의 시작을위한 준비 <ol><li> 토양 탱크 포장에 앞서, 누설 테스트를 수행하여 무결성을 테스트한다. 물 탱크를 채우고 구조 또는 센서의 누출이 개발되지 않았는지 확인하기 위해 4-6 시간 동안 기다립니다. <ol><li> 누수가 개발하는 경우, 탱크 드레인은 밤새 건조하자 같은 M을 사용하여 누수를 해결원래 건설 중에 사용 arine 접착제. 새는 개발 없으면 토양 탱크 드레인 아래의 단계를 준비​​. </li></ol></li><li> 장소에 센서를 탱크의 총 부피를 결정합니다. 조심스럽게 첨가하는 물의 양을 기록 할 확인한 눈금 실린더를 사용하여 물 탱크를 채우기. 단계 4.5에서 사용 cm3에 기록 된 전체 볼륨을 변환합니다. </li><li> 토양 탱크 팩을 건조 토양을 얻습니다. Smits는 별도로 외에서 논의 된 방법에 따라 선택된 토양의 유압 및 열적 특성을 특성화. 11 </li><li> 조심 토양 및 탈 이온수를 사용하여 토양 탱크 습식 팩. <ol><li> 토양 탱크 습식 팩을 먼저 탱크에 물을 약 5cm를 붓는다. 천천히 2.5 cm 깊이 단위로, 특종을 사용하여 탱크에 물에 건조 토양을 추가합니다. 토양 포장의 기공율을 산출 할 수 있도록 각각의 리프트 동안 첨가 모래의 중량을 기록한다. </li><li> 완료되면각 층의 반복에 걸쳐 균일 한 벌크 밀도를 얻기 위하여, 고무 망치, 100-200 번을 이용하여 탱크 벽을 탭. 도청 동안, 센서 및 센서 와이어와의 접촉을 피하십시오. 민감한 센서 네트워크 손상되지 않도록 진동 장치의 사용은 피해야한다. </li></ol></li><li> 각각의 토양 층의 가중치를 함께 합산, 탱크 패킹이 완료되면 토양의 총 질량을 얻는 (단계 4.4 참조). 토양의 부피 밀도가 총 질량을 나누어 모래의 양을 결정하는 (예를 들면 석영 모래의 벌크 밀도가 2.65 g / cm 3) (V s를 3 cm). 에 따라 탱크 내의 토양 공극률 (η, m 3 / m 3)을 계산 : <img alt="식 (2)" fo:content-width="0.8in" src="/files/ftp_upload/52704/52704eq2.jpg" width="100" /> (2) 여기서 (V T, m 3) 4.2 단계에서 결정된 빈 탱크의 총 부피이다. </li> &lt;실험이 증발의 발병을 방지하기 위해 시작할 준비가 될 때까지 탱크가 완전히 충전되면 리&gt;, 같은 탱크를 통해 사란 랩 등의 플라스틱 커버를 배치합니다. </li><li> 차례로 증착 속도를 계산하는 데 사용될 수있다 누적 수분 손실을 모니터링 가중 규모에 탱크를 배치. </li><li> 물의 밀도 및 증발면의 단면적의 곱에 의해 시간당 중량 손실 나눈 시간당 증발 속도를 계산한다. </li></ol> 5. 실험을 시작하고 데이터 수집을 시작합니다 <ol><li> 셋업이 완료되면, 원하는 대기 조건 (즉 온도, 풍속)을 결정한다. 데이터 로거 및 기타 데이터 수집 시스템이 올바른 샘플링 간격 (예를 들어, 매 10 분)로 설정하고 설정되어 있는지 확인합니다. </li><li> 팬과 온도 제어 시스템을 시작합니다. 기후 조건 (S)의 표면에 플라스틱 커버를 제거하기 전에 평형화 허용오일 탱크. 원하는 시간 (예를 들어 15 일간)을위한 실험을 실행. </li></ol>

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저자는 그들이 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

이 프로토콜의 목적은 열에 대하여 및 물질 전달 프로세스와 토지 대기 상호 작용 연구를 위해 필요한 높은 공간 및 시간 해상도 데이터의 생성을위한 실험 장치 및 관련 절차를 개발하는 것이다. 실험 장치는 적절한 토양 및 대기 변수 (측정 용 센서의 배열이 장착 된 둘 토양 탱크와 작은 풍동, 이루어져 기술 된 예를 들면, 풍속, 상대 습도, ​​토양, 공기 온도 및 토양 수분 ). 다음은 본 ?...

땅과 대기 사이의 상호 작용을 이해하는 것은 토양의 지질 학적-격리 된 탄소 이산화탄소의 누출, 기후 변화, 물, 식량 공급, 지뢰의 정확한 검출 많은 현재 세계의 문제에 대한 우리의 이해에 가장 중요하고, 지하수의 정화 토양. 또한, 글로벌 및 지역의 기상 조건을 구동 열과 물 차 교류 지구 표면에서 발생한다. 주로 대기 - 육지 표면의 상호 작용 (1)과 관련된 프로세스에 의해 구동된다 (O, 가뭄 등의 예를 들면, 허리케인, 엘니뇨 &amp; # 241)가 많은 날씨와 기후 현상. 지구 육지 표면의 절반 이상이 건조 또는 정확하게 대기하고 토양 표면 사이의 열 및 물 교환에 기초하여 이들 영역에서의 물 순환을 기술 2-4 반 건조 바와 대한 이해를 향상시키는 중요한 상기 문제,특히 확장 된 가뭄과 사막화에 취약한 지역에서. 그러나 연구의 수십에도 불구하고, 여전히 얕은 지하과 분위기 5 상호 작용하는 방식을 현재의 이해에 많은 지식 격차가 남아있다. 토양에서 액체 물, 수증기, 및 열을 포함하는 전송 프로세스는 동적 강하게 토양과의 상호 작용에 대한 결합 및 경계 조건 (즉, 온도, 상대 습도, ​​열 복사)을 적용한다. 숫자 열 및 물질 전달 모델은 일반적으로 인해 시험과 높은 공간적 해상도 데이터의 소수 인한 기존 이론 정련 부족 부분에 지나치게 단순화하거나 이러한 복잡성들을 간과. 모델 검증을 위해 개발 된 데이터 세트는 종종 제대로 수입을 고려하지 않은 수치 모델의 결과로, 제대로 이론을 테스트하는 것이 중요 대기 또는 지하 정보가 부족하다개미 프로세스 또는 조정 또는 모델에 장착되어 제대로 이해 파라미터의 사용에 의존한다. 이 방법은 널리 인해 사용의 단순하고 쉽게 사용하고 많은 장점을 보여 일부 응용 프로그램에서 가지고있다. 그러나,이 접근법은 더 나은 검사 열 및 물 (6)의 이론 전달 능력이 과도 조건에서 제어 실험을 수행하여 이러한 &quot;집중 매개 변수화&quot;뒤에 물리학 이해에 의해 개선 될 수있다. 실험실에서주의 실험은 정밀 데이터 세트 이후 수치 모델의 유효성을 확인하는 데 사용할 수 생성 할 수 있습니다. 필드 사이트에서 사용할 데이터는 종종 얻을 불완전하고 고가이며, 제어의 정도는 처리의 기본적인 이해를 얻기 위해 및 모델 검증을위한 데이터가 일부 경우에 불충분 함이 고려 될 수있다 생성 할 필요가 있었다. 토양 증발과 같은 자연 현상의 실험실 실험은 ATMOS 수 있습니다pheric 조건 (즉, 온도, 상대 습도, ​​풍속) 및 토양 조건 (즉, 토양 형, 기공, 구성, 포장은) 신중하게 제어 할 수 있습니다. 토양 증발과 토양 열 수력 특성을 연구하는 데 많은 실험실 기술은 파괴적인 샘플링 7-10을 사용합니다. 파괴 샘플링 방법은 토양 시료 과도 거동의 측정을 막고 토양의 물리적 특성을 방해, 위치 데이터를 획득하기 위해 압축 해제 될 것을 요구하고; 이러한 접근 방식은 데이터에 오류 불확실성을 소개한다. 비파괴 측정, 여기에 제시된 방법과 같은 토양 특성의 상호 의존성의 더 정확한 결정과 연구를 위해 허용 (11)을 처리합니다. 본 연구의 목표는 대기압에서의 변화 및 ​​표면 상태의 영향에 관한 높은 시공간 해상도 데이터의 생성을위한 토양 탱크 장치 및 연관된 프로토콜을 개발하는 것이다베어 토양 증발. 이 작업을 위해, 일정한 바람의 속도와 온도를 유지할 수있는 소형 풍동은 토양 탱크 장치와 인터페이스된다. 풍동 및 토양 탱크는 자율적이고 연속적인 데이터 수집을위한 첨단 센서 기술의 상태의 제품군을 계측한다. 풍속 압력 변환기에 부착 된 스테인리스 피토 정전기 튜브를 사용하여 측정된다. 온도와 상대 습도는 센서의 두 가지 유형을 사용하여 대기 중에서 모니터링된다. 상대 습도 및 온도는 토양 표면에서 모니터링된다. 지하 측정 토양 수분과 온도 센서. 탱크 장치의 무게 측정 물의 질량 균형을 통해 증발을 결정하기 위해 사용된다. 이 실험 장치 및 프로토콜의 적용 성을 입증하기 위해, 우리는 가변 풍속 조건에서 베어 토양 증발의 예를 제시한다. 잘 특성화 된 모래로 균일하게 포장 된 토양 탱크는, 처음에 완전히 SA했다(즉, 온도, 풍속) turated 조심스럽게 제어 대기 조건 하에서 자유롭게 증발하는 것을 허용했다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>ECH2O EC-5 Soil Moisture Sensor (25)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40593</td>
			<td>For specifics visit: http://www.decagon.com/products/soils/volumetric-water-content-sensors/ec-5-soil-moisture-small-area-of-influence/. Sampling frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;3%, and collect data using the Em50 dataloggers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECT Soil/Air Temperature Sensor (19)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40651</td>
			<td>For specifications visit http://www.decagon.com/products/canopy-atmosphere/temperature/ect-air-temperature/. Sampling frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;0.5&#176;C, Measure within a temperature of 5 and 40&#176;C, and collect data using the Em50 dataloggers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EHT Relative Humidity and Temperature Sensor (5)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sampling Frequency on 10 minute intervals, accuracy is &#177;3% between 5 and 100% relative humidity, and collect data using Em50 data loggers. For more information visit decagon.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Em50 Data Logger (10)</td>
			<td>Decagon Devices Inc. Decagon.com</td>
			<td>40800</td>
			<td>For specifics visit http://www.decagon.com/products/data-management/data-loggers/em50-digital-analog-data-logger/. ECH2O decagon devices, pulls data from the ECT, EC-5, and EHT sensors, and each data logger has 5 sensor connections and a com port that connects from the logger to USB to computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sartorius Weighing Scale (1)</td>
			<td>Sartorius Corporation</td>
			<td>11209-95</td>
			<td>Sartorius Model 11209-95, Range = 65kg, Resolution = &#177;1g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared SalamandernCeramic Radiative Heater (1)</td>
			<td>Mor Electric Heating Assoc., Inc. http://www.morelectricheating.com/</td>
			<td>FTE 500-240</td>
			<td>5 heaters needed, adjust to ge thte right ambient/free-flow temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2104 Temperature Control System (1)</td>
			<td>Chromalox</td>
			<td>2104</td>
			<td>Controls the heaters</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared Temperature Sensor Regulator (1)</td>
			<td>Exergen Corporation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Monitors the heaters temperatures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Pitot-Static Tube (1)</td>
			<td>Dwyer Instruments, Inc. http://www.dwyer-inst.com/</td>
			<td>Series 160</td>
			<td>For specifics visit http://www.dwyer-inst.com/Product/%20TestEquipment/PitotTubes/Series160. Sensor sampling frequency is every 10 minutes, must be connected to differential pressure transducer and anemometer, and convert the pressure data collected into win velocities using Bernoulli&#39;s equation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/2 inch Acrylic (1)</td>
			<td>Colorado Plastics http://www.coloradoplastics.com/</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Specific heat of 1464 J kg^-1K^-1, thermal conductivity of 0.2 W m^-1K-1, and a density of 1150 kg m_-3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized Steel Ducting Material (1)</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Material used to build wind- tunnel, and both round and rectangular ducting were used in construction and connected using square-to-round reducer duct</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable Speed Controller Connected to an In-Line Duct Fan (1)</td>
			<td>Suncourt, Inc. http://www.suncourt.com/</td>
			<td>VS200</td>
			<td>15.3 cm in Diameter Placed in-line with round duct</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized Steel Damper (1)</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used to control/reduce speeds in the wind tunnel for low velocity data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accusand #30/40 (1)</td>
			<td>Unimin Corporation http://www.unimin.com/</td>
			<td>N/A</td>
			<td>This sand is silica sand and is 99.8% quartz, its grain shape is classified as rounded, the uniformity coefficient is approximately 1.2, and the grain density is 2.66 g/cm3.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

exploring the effects of atmospheric forcings on evaporation: experimental integration of the atmospheric boundary layer and shallow subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

여기에 제시된 실험의 목적은 베어 토양에서 증발에 바람 속도의 효과를 연구하는 것이었다. 본 연구에 사용 된 시험 토양의 주요 특성을 표 2에 요약되어있다. 일련의 실험되는 토양 표면 (즉, 바람의 속도와 온도)에서 다른 경계 조건 (표 3)를 적용한 실시 하였다. 다른 풍속과 온도에서 네 실험이 수행되었지만, 여기에 제시된 실험 결과 대부분 1.22 m / sec의 풍속이...

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Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

증발에 대기 강제력의 효과를 연구하기 위해 작은 기후 제어 풍동에 인터페이스 토양 탱크의 설계 및 구성에 대한 프로토콜이 제시된다. 토양 탱크 및 풍동 모두 환경 조건 인 시츄 측정을위한 연속적인 센서 기술로 계측된다.

증발에 대기 강제력의 효과를 탐구 : 대기 경계층과 얕은 표면 하의의 실험 통합

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

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Research

JoVE Journal

Environment

8.6K 조회수.  Colorado School of Mines.  증발에 대기 강제력의 효과를 연구하기 위해 작은 기후 제어 풍동에 인터페이스 토양 탱크의 설계 및 구성에 대한 프로토콜이 제시된다. 토양 탱크 및 풍동 모두 환경 조건 인 시츄 측정을위한 연속적인 센서 기술로 계측된다. 

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Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

표면 갱신 : 밀도 데이터를 측정하고 처리 현장 규모 에너지 유출에 대한 고급 미기상 방법

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

연구

환경과학

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling from hydrothermal sources in the Precambrian ocean was oxidized by molecular oxygen [O2] produced by cyanobacteria. The oldest BIFs, deposited prior to the Great Oxidation Event (GOE) at about 2.4 billion years (Gy) ago, could have formed by direct oxidation of Fe(II) by anoxygenic photoferrotrophs under anoxic conditions. As a method for testing the geochemical and mineralogical patterns that develop under different biological scenarios, we designed a 40 cm long vertical flow-through column to simulate an anoxic Fe(II)-rich marine upwelling system representative of an ancient ocean on a lab scale. The cylinder was packed with a porous glass bead matrix to stabilize the geochemical gradients, and liquid samples for iron quantification could be taken throughout the water column. Dissolved oxygen was detected non-invasively via optodes from the outside. Results from biotic experiments that involved upwelling fluxes of Fe(II) from the bottom, a distinct light gradient from top, and cyanobacteria present in the water column, show clear evidence for the formation of Fe(III) mineral precipitates and development of a chemocline between Fe(II) and O2. This column allows us to test hypotheses for the formation of the BIFs by culturing cyanobacteria (and in the future photoferrotrophs) under simulated marine Precambrian conditions. Furthermore we hypothesize that our column concept allows for the simulation of various chemical and physical environments &#8212; including shallow marine or lacustrine sediments.

Laboratory Simulation of an IronII-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

We simulated a Precambrian ferruginous marine upwelling system in a lab-scale vertical flow-through column. The goal was to understand how geochemical profiles of O2 and Fe(II) evolve as cyanobacteria produce O2. The results show the establishment of a chemocline due to Fe(II) oxidation by photosynthetically produced O2.

선캄브리아 해양 용승 시스템 광합성 박테리아의 성장을 탐구하는이 풍부한 철 (II)의 실험실 시뮬레이션

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Extraction and Characterization of Surfactants from Atmospheric Aerosols

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in the Earth&#39;s atmosphere, a central process in meteorology, hydrology, and for the climate system. But because specific extraction and characterization of these compounds have been lacking for decades, very little is known on their identity, properties, mode of action and origins, thus preventing the full understanding of cloud formation and its potential links with the Earth&#39;s ecosystems.
In this paper we present recently developed methods for 1) the targeted extraction of all the surfactants from atmospheric aerosol samples and for the determination of 2) their absolute concentrations in the aerosol phase and 3) their static surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC). These methods have been validated with 9 references surfactants, including anionic, cationic and non-ionic ones. Examples of results are presented for surfactants found in fine aerosol particles (diameter &#60;1 &#956;m) collected at a coastal site in Croatia and suggestions for future improvements and other characterizations than those presented are discussed.

Methods are presented for the targeted extraction of surfactants present in atmospheric aerosols and the determination of their absolute concentrations and surface tension curves in water, including their Critical Micelle Concentration (CMC).

대기 에어로졸의 추출 및 계면 활성제의 특성

Surface-active compounds, or surfactants, present in atmospheric aerosols are expected to play important roles in the formation of liquid water clouds in ...

Data Processing Methods for 3D Seismic Imaging of Subsurface Volcanoes: Applications to the Tarim Flood Basalt

The morphology and structure of plumbing systems can provide key information on the eruption rate and style of basalt lava fields. The most powerful way to study subsurface geo-bodies is to use industrial 3D&#160;reflection seismological imaging. However, strategies to image subsurface volcanoes are very different from that of oil and gas reservoirs. In this study, we process seismic data cubes from the Northern Tarim Basin, China, to illustrate how to visualize sills through opacity rendering techniques and how to image the conduits by time-slicing. In the first case, we isolated probes by the seismic horizons marking the contacts between sills and encasing strata, applying opacity rendering techniques to extract sills from the seismic cube. The resulting detailed sill morphology shows that the flow direction is from the dome center to the rim. In the second seismic cube, we use time-slices to image the conduits, which corresponds to marked discontinuities within the encasing rocks. A set of time-slices obtained at different depths show that the Tarim flood basalts erupted from central volcanoes, fed by separate pipe-like conduits.

Three-dimensional (3D) reflection seismology is a powerful method for imaging subsurface volcanoes. By using industrial 3D seismological data from the Tarim Basin, we illustrate how to extract the sills and the conduits of subsurface volcanoes from seismic data cubes.

표면 화산 3 차원 지진 이미징 데이터 처리 방법: 응용 프로그램 타림 홍수 현무암을

The morphology and structure of plumbing systems can provide key information on the eruption rate and style of basalt lava fields. The most powerful way ...

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

먼지가 충전 및 자외선 또는 플라즈마에 노출 표면에 동원의 실험 방법

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Determination of the Settling Rate of Clay/Cyanobacterial Floccules

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction of clay particles with reactive, planktonic cyanobacterial cells to the sedimentary record is under studied. This interaction is a potentially major contributor to shale depositional models. Within a lab setting, the flocculation and sedimentation rates of these materials can be examined and measured in a controlled environment. Here, we detail a protocol for measuring the sedimentation rate of cyanobacterial/clay mixtures. This methodology is demonstrated through the description of two sample experiments: the first uses kaolin (a dehydrated form of kaolinite) and Synechococcus sp. PCC 7002 (a marine coccoid cyanobacteria), and the second uses kaolin and Synechocystis sp. PCC 6803 (a freshwater coccoid cyanobacteria). Cyanobacterial cultures are mixed with varying amounts of clay within a specially designed tank apparatus optimized to allow continuous, real-time video and photographic recording. The sampling procedures are detailed as well as a post-collection protocol for precise measurement of chlorophyll a from which the concentration of cyanobacterial cells remaining in suspension can be determined. Through experimental replication, a profile is constructed that displays sedimentation rate.

The interaction and sedimentation of the clay and bacterial cells within the marine realm, observed in natural environments, can be best investigated in a controlled lab environment. Here, we describe a detailed protocol, which outlines a novel method for measuring the sedimentation rate of clay and cyanobacterial floccules.

클레이/Cyanobacterial Floccules의 정착 률의 결정

The mechanisms underpinning the deposition of fine-grained, organic-rich sediments are still largely debated. Specifically, the impact of the interaction ...

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

Corals are important ocean invertebrates that are critical for overall ocean health as well as human health. However, due to human impacts such as rising ocean temperatures and ocean acidification, corals are increasingly under threat. To tackle these challenges, advances in cell and molecular biology have proven to be crucial for diagnosing the health of corals. Modifying some of the techniques commonly used in human medicine could greatly improve researchers&#39; ability to treat and save corals. To address this, a protocol for in situ hybridization used primarily in human medicine and evolutionary developmental biology has been adapted for use in adult corals under stress.
The purpose of this method is to visualize the spatial expression of an RNA probe in adult coral tissue that has been embedded in paraffin and sectioned onto glass slides. This method focuses on removal of the paraffin and rehydration of the sample, pretreatment of the sample to ensure permeability of the sample, pre-hybridization incubation, hybridization of the RNA probe, and visualization of the RNA probe. This is a powerful method when using non-model organisms to discover where specific genes are expressed, and the protocol can be easily adapted for other non-model organisms. However, the method is limited in that it is primarily qualitative, because expression intensity can vary depending on the amount of time used during the visualization step and the concentration of the probe. Furthermore, patience is required, as this protocol can take up to 5 days (and in many cases, longer) depending on the probe being used. Finally, non-specific background staining is common, but this limitation can be overcome.

In Situ Hybridization Techniques for Paraffin-Embedded Adult Coral Samples

The goal of this protocol is to perform in situ hybridization on adult coral samples that have been embedded in paraffin and sectioned onto glass slides. This is a qualitative method used to visualize the spatial expression of an RNA anti-sense probe in paraffin-embedded tissues.

제자리에서 파라핀 포함 성인 산호 샘플에 대 한 교 잡 기술

Corals are important ocean invertebrates that are critical for overall ocean health as well as human health. However, due to human impacts such as rising ...

Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only recently have microplastics in freshwater systems, such as rivers and lakes, been quantified. Microplastic sampling at the surface usually consists of deploying drift nets behind either a stationary or moving boat, which limits the sampling to environments with low levels of suspended sediments and floating or submerged debris. Previous studies that employed drift nets to collect microplastic debris typically used nets with &#8805;300 &#181;m mesh size, allowing plastic debris (particles and fibers) below this size to pass through the net and elude quantification. The protocol detailed here enables: 1) sample collection in environments with high suspended loads and floating or submerged debris and 2) the capture and quantification of microplastic particles and fibers &lt;300 &#181;m. Water samples were collected using a peristaltic pump in low-density polyethylene (PE) containers to be stored before filtering and analysis in the lab. Filtration was done with a custom-made microplastic filtration device containing detachable union joints that housed nylon mesh sieves and mixed cellulose ester membrane filters. Mesh sieves and membrane filters were examined with a stereomicroscope to quantify and separate microplastic particulates and fibers. These materials were then examined using a micro-attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectrometer (micro ATR-FTIR) to determine microplastic polymer type. Recovery was measured by spiking samples using blue PE particulates and green nylon fibers; percent recovery was determined to be 100% for particulates and 92% for fibers. This protocol will guide similar studies on microplastics in high velocity rivers with high concentrations of sediment. With simple modifications to the peristaltic pump and filtration device, users can collect and analyze various sample volumes and particulate sizes.

Most microplastic research to date has occurred in marine systems where suspended solid levels are relatively low. Focus is now shifting to freshwater systems, which may feature high sediment loads and floating debris. This protocol addresses collecting and analyzing microplastic samples from aquatic environments that contain high suspended solid loads.

샘플링, 정렬, 및 높은 정지 퇴적 부하와 큰 부동 파편 수생 환경에서 Microplastics

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves (i.e., mussels, oysters, and clams) presents new challenges. Quantitative data on the feeding behavior of suspension-feeding mollusks is necessary to determine important ecosystem interactions of offshore shellfish farms, including their carrying capacity, the competition with the zooplankton community, the availability of trophic resources at different depths, and the deposition to the benthos. The biodeposition method is used to quantify feeding variables in suspension-feeding bivalves in a natural setting and represents a more realistic proxy than laboratory experiments. This method, however, relies upon a stable platform to satisfy the requirements that water flow rates supplied to the shellfish remain constant and the bivalves are undisturbed. A flow-through device and process for using the biodeposition method to quantify the feeding of bivalve mollusks were modified from a land-based format for shipboard use by building a two-dimensional gimbal table around the device. Planimeter data reveal a minimal pitch and yaw of the chambers containing the test shellfish despite boat motion, the flow rates within the chambers remain constant, and operators are able to collect the biodeposits (feces and pseudofeces) with sufficient consistency to obtain accurate measurements of the bivalve clearance, filtration, selection, ingestion, rejection, and absorption at offshore shellfish aquaculture sites.

A flow-through device for using the biodeposition method to quantify filtration and feeding behavior of bivalve mollusks was modified for shipboard use. A two-dimensional gimbal table built around the device isolates the apparatus from boat motion, thereby allowing the accurate quantification of bivalve filtration variables at offshore shellfish aquaculture sites.

디자인 및 쌍 각 조개 서 스 펜 션 바다에서 먹이 측정 기구 사용

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

유기 열 수 변환에 미네랄 효과 공부 하는 실험 프로토콜

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...