Name: construction of a compact low-cost radiation shield for air-temperature sensors in ecological field studies
Uploaded: 2018-11-06T13:00:00
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我们感谢艾米莉·梅内克对最初的学习设计和实验的贡献。我们感谢瑞安·博伊斯为进入研究地点和气象站数据提供便利。海梅·科拉佐、史蒂文·弗兰克和埃丽卡·亨利提供了数据记录仪和辐射盾牌。北卡罗来纳州气候办公室批准了进入研究地点的机会。对贸易、公司或产品名称的任何使用仅用于描述性目的, 并不意味着美国政府的认可。

1. 辐射盾的建造
<ol><li>使用实用刀, 将瓦楞纸板切割成正方形 (图 1a)。每个盾牌需要一个15厘米见方和两个10厘米的正方形。</li>
	<li>小辐射屏蔽顶层的切割 (图 1 b; 左图像):<ol>
<li>在15厘米见方的地方, 从一个边缘测量4厘米, 用铅笔画一条线。使用直直作为指南, 沿着线得分。(这里, "得分" 是指使用刀进行切割, 只穿过一层波纹塑料板, 而不是整个板材。?...

<ol>
	<li>Bowker, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anurans,+the+group+of+terrestrial+vertebrates+most+vulnerable+to+climate+change:+A+case+study+with+acoustic+monitoring+in+the+Iberian+peninsula.">Anurans, the group of terrestrial vertebrates most vulnerable to climate change: A case study with acoustic monitoring in the Iberian peninsula.</a> Computational bioacoustics for assessing biodiversity. , 43 (2007).</li><li>Walther, G. -. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecological+responses+to+recent+climate+change.">Ecological responses to recent climate change.</a> Nature. 416 (6879), 389-395 (2002).</li><li>Inouye, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+climate+change+on+phenology,+frost+damage,+and+floral+abundance+of+montane+wildflowers.">Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers.</a> Ecology. 89 (2), 353-362 (2008).</li><li>Lundquist, J. D., Huggett, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evergreen+trees+as+inexpensive+radiation+shields+for+temperature+sensors.">Evergreen trees as inexpensive radiation shields for temperature sensors.</a> Water Resources Research. 44 (4), W00D04 (2008).</li><li>De Jong, S. A. P., Slingerland, J. D., Van De Giesen, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+optic+distributed+temperature+sensing+for+the+determination+of+air+temperature.">Fiber optic distributed temperature sensing for the determination of air temperature.</a> Atmospheric Measurement Techniques. 8 (1), 335-339 (2015).</li><li>Holden, Z. A., Klene, A. E., Keefe, R. F., Moisen, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+evaluation+of+an+inexpensive+radiation+shield+for+monitoring+surface+air+temperatures.">Design and evaluation of an inexpensive radiation shield for monitoring surface air temperatures.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 180, 281-286 (2013).</li><li>Terando, A. J., Youngsteadt, E., Meineke, E. K., Prado, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ad+hoc+instrumentation+methods+in+ecological+studies+produce+highly+biased+temperature+measurements.">Ad hoc instrumentation methods in ecological studies produce highly biased temperature measurements.</a> Ecology and Evolution. 7 (23), 9890-9904 (2017).</li><li>Richardson, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimizing+errors+associated+with+multiplate+radiation+shields.">Minimizing errors associated with multiplate radiation shields.</a> Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 16 (11), 1862-1872 (1999).</li><li>Anderson, S. P., Baumgartner, M. F., Anderson, S. P., Baumgartner, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiative+Heating+Errors+in+Naturally+Ventilated+Air+Temperature+Measurements+Made+from+Buoys.">Radiative Heating Errors in Naturally Ventilated Air Temperature Measurements Made from Buoys.</a> Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 15 (1), 157-173 (1998).</li><li>Nakamura, R., Mahrt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Air+temperature+measurement+errors+in+naturally+ventilated+radiation+shields.">Air temperature measurement errors in naturally ventilated radiation shields.</a> Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 22 (7), 1046-1058 (2005).</li><li>Tarara, J. M., Hoheisel, G. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+shielding+to+minimize+radiation+errors+of+temperature+sensors+in+the+field.">Low-cost shielding to minimize radiation errors of temperature sensors in the field.</a> HortScience. 42 (6), 1372-1379 (2007).</li><li>Huwald, H., Higgins, C. W., Boldi, M. -. O., Bou-Zeid, E., Lehning, M., Parlange, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Albedo+effect+on+radiative+errors+in+air+temperature+measurements.">Albedo effect on radiative errors in air temperature measurements.</a> Water Resources Research. 45 (8), (2009).</li><li>Fuchs, M., Tanner, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+shields+for+air+temperature+thermometers.">Radiation shields for air temperature thermometers.</a> Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).</li></ol>

空气温度测量的准确性和可重复性取决于使用适当的遮阳板, 以保护传感器免受直接和反射的太阳辐射。在这里, 我们描述了这样一个屏蔽的结构, 它的尺寸更紧凑, 成本更低, 或者比类似的、前面描述的设备6建造得更快, 而不牺牲精度。配备较小屏蔽的热曲的记录温度的94% 在1.0°c 内, 是配备了原始较大的辐射屏蔽的性能最好的热雪隆, 71% 的观测结果在0.5°c 以内。
<p class="jove_co...

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。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Multipurpose Aluminum Foil Tape</td>
			<td>Nashua</td>
			<td>1087671</td>
			<td>48 mm width</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8&#34; cable ties</td>
			<td>DTOL</td>
			<td>GEN86371</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corrugated plastic sheet&#160;</td>
			<td>Highway Traffic supply</td>
			<td>hts18X24COROW</td>
			<td>White sheet 18&#34;L x 24&#34;W, 5-pack</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard utility knife</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard Scissors</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heavy duty stapler</td>
			<td>Swingline</td>
			<td>552277715</td>
			<td>NA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a compact low-cost radiation shield for air-temperature sensors in ecological field studies

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。

图 2 和图3 显示了使用配备了新的、更小的屏蔽设计、原始更大的屏蔽设计和没有辐射屏蔽的热倍体的代表性结果。这些数据记录在北卡罗来纳州 raleigh 附近的一个完全暴露的农村地点 (35.728°N、78.680°W), 并贴在一个经过良好校准的常设气象站上, 配备了安装在吸气多板辐射屏蔽7。在<strong class="xfig...

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Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies

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

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。

Low cost temperature sensors are increasingly used by ecologists to assess climatic variation and change on ecologically relevant scales. Although ...

这种构建低成本辐射防护罩的方法有助于改善生态领域研究中的空气温度测量。这种技术的主要优点是屏蔽小尺寸，将施工成本降低到类似型号的一半以下，使仪器在该领域不那么显眼。要建造辐射防护罩，请使用实用刀将波纹塑料板切割成一个 15 厘米和两个 10 厘米的正方形。对于小辐射防护罩的顶层，使用铅笔从 15 厘米正方形的一条边上画出一条四厘米的线，并使用直边作为直线得分的参考线。接下来，测量垂直于四厘米线的边缘 3.8 厘米，并使用直边从正方形底部到四厘米线进行评分。然后从四厘米线上方的两个角绘制一条线，与四厘米和 3.8 厘米线的交汇点划一条线，然后沿着这条线切割。对于小辐射屏蔽的中间和底部层，使用直边在每 10 厘米正方形的中间绘制一个 6 厘米的正方形，并围绕每 6 厘米正方形，从 6 厘米正方形的每个角到 10 厘米正方形的外角。现在，沿着带分线折叠 15 厘米的纸张，将小三角皮瓣塞在较大的后皮瓣内侧，用粘合夹暂时固定，用铝箔胶带完全覆盖得分的一侧。正确折叠 15 厘米的正方形后，后挡板的切割边缘将与折叠的边齐平，整个凸面将被胶带连接。然后使用铝箔胶带完全覆盖 10 厘米正方形之一的得分侧，以及另一个 10 厘米正方形的未评分侧。使用 1/4 英寸钻头，在每个护罩层上钻孔，并通过检查器壳体的孔和 10 厘米方形底面的孔运行电缆扎带，该孔贴在带分侧，将两个孔钻入中间。沿对角线将每 10 厘米正方形的两侧捏合，使用重型订书机将夹紧的两侧固定在一起。最终产品将有一个方形的碗形状。第二个碗完成后，首先将电缆扎线穿过未加分的一侧 10 厘米薄板的左后孔。然后，通过第二个10厘米片的左后孔，在两张板之间留下两厘米的垂直空间，让气流围绕温度审查器。以相同方式将电缆穿过右后孔，并通过 15 厘米方形纸张左侧的两个并排孔穿过电缆扎带。将这种领带连接到 10 厘米的纸张上，在 15 厘米的纸张和上 10 厘米纸张的顶部之间留下两厘米的空间，并以相同的方式将 15 厘米纸张右后右侧的两个并排孔螺纹。对于安装，必要时在组装产品的背面钻出额外的孔。然后通过纸张前部的所有三个孔通过一根电缆扎带，并拧紧电缆扎带，注意所有三张纸张之间的空间均匀。安装时，确保三张板材与地面平行。在这个具有代表性的实地实验中，所有四个测试的审查器都使用与使用原始较大屏蔽设计获得的小型辐射屏蔽类似的小辐射屏蔽，但比未屏蔽的审查器的偏差少得多。与原始屏蔽设计相比，小型屏蔽还记录了一些异常温度，但总体差异很小。在太阳辐射高峰期，暖偏是最强的，但在小型和大型屏蔽情况下，这些偏差都比未屏蔽的审查器的偏差少得多。与原始设计相比，配备小型辐射防护罩的所有审查器组合之间的平均温差显示，最大的差异发生在当地时间 08：00。在构建此护罩时，重要的是要记住用反光铝胶带完全覆盖每个方块，保持正方形之间的均匀间距，并安装与地面平行的最终构造屏蔽。测量气温的微气候变化有助于深入了解当地对最近和预计的气候变化的生物学反应。使用具有良好文档记录的辐射屏蔽有助于确保研究之间的有意义的比较。

Research

JoVE Journal

Environment

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科研

环境科学

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物理，化学和六Biochars生产的生物表征污染场地修复的

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木质纤维素生物质预处理低成本离子液体

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of ...

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Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

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