Name: construction of a compact low-cost radiation shield for air-temperature sensors in ecological field studies
Uploaded: 2018-11-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies at JoVE.com

Vi takker Emily Meineke for bidrag til den oprindelige undersøgelse design og eksperimentere. Vi takker Ryan Boyles for at lette adgangen til undersøgelse sites og vejrstation data. Jaime Collazo, Steven Frank og Erica Henry forudsat dataloggere og stråling skjolde. Adgang til at studere websted blev godkendt ved North Carolina State klima Office. Enhver brug af handel, firma eller produkt navne er til beskrivende formål og er ikke ensbetydende med påtegning af den amerikanske regering.

1. opførelse af skjoldet stråling
<ol><li>Brug en hobbykniv, skæres de bølgede plast plader i tern (figur 1A). En 15 cm square og to 10 cm firkanter vil være behov for hvert skjold.</li>
	<li>Nedskæringer for det øverste lag af små stråling shield (figur 1B, venstre billedet):<ol>
<li>På pladsen 15 cm måler 4 cm fra kanten og trække en linje med en blyant. Bruge en lineal som guide til at score langs linjen. ("Heri, karaktergivning" forstås bruger...

<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>

Nøjagtighed og repeterbarhed af luft temperaturmålinger afhænger af anvendelsen af et passende sol skjold, der beskytter sensoren fra direkte og reflekteret solstråling. Her beskriver vi opførelsen af sådan et skjold, der er mere kompakt i størrelse, billigere og hurtigere at konstruere end lignende, der tidligere beskrevne enheder6, uden at gå på kompromis nøjagtighed. 94% af de registrerede temperaturer for thermochrons udstyret med mindre skjold var inden for 1,0 ° C af de mest effek...

I lyset af menneskeskabte globale opvarmning, har der været en stigende interesse for optagelse lufttemperaturen i en række indstillinger til at forstå og forudsige økologiske svar til klima ændre1,2,3. Med fremkomsten af små, billige miljømæssige data recorders (også benævnt dataloggere, thermochrons eller hygrochrons), er det nu muligt at implementere high-density netværk af sensorer til måling af hyper lokaliserede temperatur variation, stigende økologer evne til mere direkte observere de omgivende miljømæssige betingelser opleves af organismer og økosystemer under undersøgelsen. I forhold til eksisterende, godt kalibreret og grundigt testet – men tyndt distribuerede — permanent vejr stationer, sådanne netværk nuværende muligheder for at vurdere klimavariationer på økologisk relevante skalaer men kan reducere nøjagtigheden eller sammenlignelighed blandt undersøgelser hvis inkonsekvent eller forkert installeret.
I nærheden af overflade luft temperatursensorer kræver typisk nogle type af solens stråling afskærmning for at undgå direkte opvarmning af sensor element, hvilket ville resultere i fejlagtigt varm målinger. Fælles metoder til at begrænse sensor bias omfatter: 1) bruger eksisterende miljømæssige funktioner såsom træer til skygge4, 2) bias korrektion og sensor calibration5 der afledt rettelser baseret på de termiske egenskaber af sensorer, og 3) anvendelsen af fremstillet eller brugerdefineret opdigtet skjolde6,7. Mange forskere vælger at bruge brugerdefineret opdigtet skjolde på grund af lave omkostninger og let implementering og nødvendighed i situationer hvor miljømæssige forhold ikke giver naturlig skygge. En gennemgang af den økologiske litteratur viste dog at udformningen af brugerdefineret opdigtet skjolde varierer meget blandt de undersøgelser, og individuelle designs er sjældent testet for nøjagtighed. Uprøvet skjolde kan være modtagelige for dårligt valg af materialer og design, der forårsager yderligere opvarmning af de luftmolekyler umiddelbart omgivende sensor, direkte absorption af solens stråling af sensoren, selve eller både-fører til gennemsnitlige bias på op til 3 ° C7. På den anden side, enkle og omkostningseffektive designs6,7 er ganske effektiv til afskærmning sensorer (bias på 1 ° C eller derunder) og kan sammenlignes med kommercielt fremstillede stråling skjolde.
Her give vi en detaljeret metode til at konstruere en tidligere evaluerede brugerdefineret opdigtet stråling skjold7 til brug med billig thermochron temperatursensorer. Skjold design er en ændring af en tidligere beskrevet og testet i en åben Ponderosa Pine forest indstilling6. I de seneste test af flere brugerdefineret opdigtet skjold design, denne montane-testet skjold resulterede i de laveste bias når parret med lille thermochrons7, men vi fandt det besværligt og alt for iøjnefaldende at implementere i feltet. Design protokollen foreslog her reducerer dimensioner af skjoldet stråling med 50%. Sådan en reduktion i størrelse har flere fordele: 1) det er mindre iøjnefaldende og derfor mindre modtagelige for manipulation, 2) kan være mere realistisk brugt i en bredere vifte af økologiske indstillinger hvor pladsen er begrænset (f.eks. på mindre urban street træer), 3) it er mere præcis end andre offentliggjort afskærmning metoder, som forsøger at minimere skjold størrelse eller byggeri omkostninger7og 4) det er billigere end den oprindelige, større design på grund af reduceret mængden af byggematerialer kræves. Efter beskriver byggemetoder, undersøge vi effekten af den størrelse reduktion på sensor nøjagtighed i forhold til den oprindelige skjold design ved hjælp af resultaterne fra en feltundersøgelse, udført under høj nedad solstråling betingelser.

<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

Lavpris temperaturfølere bruges i stigende grad af økologer at vurdere klimavariationer og ændre på økologisk relevante skalaer. Selvom omkostningseffektivt, hvis ikke implementeret med ordentlig solar stråling afskærmning, vil observationer optaget fra disse sensorer være forudindtaget og upræcis. Fremstillede stråling skjolde er effektiv til at minimere denne skævhed, men er dyre i forhold til omkostningerne ved disse sensorer. Her give vi en detaljeret metode til at konstruere en kompakt udgave af en tidligere beskrevet brugerdefineret opdigtet stråling skjold, som er mere præcis end andre offentliggjorte afskærmning metoder, som forsøger at minimere skjold størrelse eller byggeri omkostninger. Metoden kræver meget lidt materiale: bølgepap plastplader aluminium folie gaffatape og kabelbindere. En 15 cm og to 10 cm firkanter af bølgepap plast bruges for hvert skjold. Efter skæring, scoring, tape og hæftning af arkene, danne 10 cm firkanterne nederst to lag af solens stråler skjold, mens pladsen 15 cm udgør det øverste lag. De tre ark er holdt sammen med kabelbindere. Denne kompakte solstråling shield kan suspenderes eller placeres mod enhver flad overflade. Man skal sikre at skjoldet er helt parallelt med jorden for at forhindre direkte solstråling fra at nå sensoren, muligvis forårsager øget varme bias i sol-udsatte steder i morgen og eftermiddag i forhold til den oprindelige, større design. Selv så, forskelle i registrerede temperaturer mellem mindre, kompakt skjold design og den oprindelige udformning var små (betyde dagtimerne bias = 0,06 ° C). Byggeomkostningerne er mindre end halvdelen af den oprindelige skjold design, og de nye design resultater i et mindre iøjnefaldende instrument, der kan være fordelagtige i mange Feltindstillinger økologi.

Repræsentative resultater ved hjælp af thermochrons udstyret med den nye, er mindre skjold design, den oprindelige større skjold design og thermochrons med ingen stråling skjold vist i figur 2 og figur 3. Disse data var registreret på en fuldt eksponeret landlige omgivelser i nærheden af Raleigh, NC (35.728 ° N, 78.680 ° W), og blev anbragt på en godt kalibreret permanent vejrstation outfitted med en V...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies at JoVE.com

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

Opførelse af et kompakt Low-Cost stråling skjold for luft-temperatur sensorer i økologiske feltundersøgelser

Med fremkomsten af små, billige miljømæssige sensorer er det nu muligt at implementere high-density netværk af sensorer til måling af hyper lokaliserede temperatur variation. Her give vi en detaljeret metode til at konstruere en kompakt udgave af en tidligere beskrevet brugerdefineret opdigtet stråling skjold til brug med billig thermochrons.

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

Denne metode til at konstruere en billig stråling skjold kan bidrage til at forbedre lufttemperaturmålinger i økologiske feltundersøgelser. Den største fordel ved denne teknik er den lille størrelse af skjoldet, som reducerer byggeomkostningerne til mindre end halvdelen af lignende modeller og gør dine instrumenter mindre iøjnefaldende i marken. At konstruere en stråling skjold bruge en nytte kniv til at skære bølgepap plastplader i en 15 centimeter og to 10 centimeter firkanter.For det øverste lag af den lille stråling skjold, skal du bruge en blyant til at tegne en linje fire centimeter fra den ene kant af 15 centimeter kvadrat og bruge en lige kant som en guide til at score langs linjen. Dernæst skal du måle 3,8 centimeter fra kanterne vinkelret på den fire centimeter lange linje, og brug den lige kant til at score fra bunden af kvadratet op til den fire centimeter lange linje. Derefter tegne en linje fra begge hjørner over de fire centimeter linje til krydset af de fire centimeter og 3,8 centimeter linjer, og skæres langs denne linje.For midten og nederste lag af den lille stråling skjold, skal du bruge den lige kant til at tegne en seks centimeter kvadrat i midten af hver 10 centimeter kvadrat, og score alle omkring hver seks centimeter kvadrat, og fra hvert hjørne af de seks centimeter kvadrater til de ydre hjørner af de 10 centimeter kvadrater. Nu fold 15 centimeter ark langs de scorede linjer, og tuck de små trekantede flapper på indersiden af den større tilbage flap, sikring midlertidigt med bindemiddel klip, og helt dække den scorede side med aluminiumsfolie tape. Når kvadratet på 15 centimeter er foldet korrekt, flugter bagklappens afskårne kant med de foldede sider, og hele den konvekse overflade vil blive tapet.Brug derefter aluminiumsfolie tape til helt at dække den scorede side af en af de 10 centimeter firkanter, og den unscored side af den anden 10 centimeter kvadrat. Ved hjælp af en 1/4 tommer borebit, bore huller i hver af shields'layers, og køre et kabel slips gennem øjet af censor huset og gennem hullerne på undersiden af 10 centimeter kvadrat, der er tapede på den scorede side og har de to huller boret ind i midten. Klem siderne af hver 10 centimeter kvadrat langs sin diagonale scorede linjer, ved hjælp af en kraftig hæftemaskine til at holde de klemte sider sammen.Slutproduktet vil have en firkantet skål form. Når den anden skål er færdig, tråd et kabel slips først gennem venstre baghul af 10 centimeter ark tapede på unscored side. Derefter gennem venstre baghul i den anden 10 centimeter ark, forlader en to centimeter lodret mellemrum mellem de to ark til at tillade luftstrøm omkring temperaturen censor.Før et kabel gennem de bageste højre huller på samme måde, og passere et kabel slips gennem de to side om side huller i ryggen til venstre for 15 centimeter firkantet ark. Fastgør denne binding til de 10 centimeter ark, der efterlader to centimeter mellemrum mellem de 15 centimeter ark og toppen af den øverste 10 centimeter ark, og tråd de to side om side huller i ryggen til højre for 15 centimeter ark på samme måde. Til montering bores der efter behov ekstra huller i bagenden af det samlede produkt.Derefter passere et kabel slips gennem alle tre huller i den forreste del af arkene, og stramme kablet slips, idet pas på, at rummet er endnu mellem alle tre ark. Sørg for, at de tre ark lå parallelt med jorden, når de er monteret. I dette repræsentative felteksperiment blev der fundet positive bias på tværs af alle fire testede censorer ved hjælp af det lille strålingsskjold, der svarede til dem, der blev opnået ved hjælp af det oprindelige større skjolddesign, men var meget mindre end de ustrålede censorers bias.De små skjolde resulterede også i registreringen af nogle afvigende varme temperaturer i forhold til det oprindelige skjold design, selv om de samlede forskelle var små. Varme bias var stærkest i perioder med peak solstråling, men i både de små og store skjold tilfælde, disse bias var langt mindre end de skævheder af uskærmede censorer. De gennemsnitlige temperaturforskelle mellem alle kombinationer af censorer udstyret med den lille stråling skjold i forhold til det oprindelige design, viste, at de største forskelle fandt sted på 08:00 timer lokal tid.Når du konstruerer dette skjold, er det vigtigt at huske helt at dække hver firkant med den reflekterende aluminium tape, for at holde lige afstand mellem firkanter, og at montere den endelige konstruerede skjold parallelt med jorden. Måling af mikroklimatisk variation i lufttemperaturen kan bidrage til at give indsigt i lokale biologiske reaktioner på de seneste og forventede klimaændringer. Ved hjælp af en stråling skjold med veldokumenterede egenskaber kan bidrage til at sikre meningsfulde sammenligninger mellem undersøgelser.

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

Design og konstruktion af en Urban Afstrømning Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites

Fysisk, kemisk og biologisk karakterisering af Six Biochars produceret til rensning af forurenede industrigrunde

The physical and chemical properties of biochar vary based on feedstock sources and production conditions, making it possible to engineer biochars with ...

Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

Forbehandling af lignocellulose biomasse med Lavprisselskaber ioniske væsker

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

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

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

Måling af flyvning evne til Ambrosia Bille, Platypus Quercivorus (Murayama), ved hjælp af en billig, lille og let bygget flyvning Mill

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

En fleksibel lavpris hydroponiske System til vurdering af plante svar til små molekyler i Sterile forhold

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Experimental Protocol for Examining Behavioral Response Profiles in Larval Fish: Application to the Neuro-stimulant Caffeine

Forsøgsplan for behandlingen af adfærdsmæssige reaktion profiler i larve fisk: ansøgning til Neuro-stimulerende koffein

Fish models and behaviors are increasingly used in the biomedical sciences; however, fish have long been the subject of ecological, physiological and ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Konstruktion af en billig mobil inkubator for feltet og laboratoriebrug

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

BtM, en lavpris-Open-source Datalogger til at anslå vandindholdet i Nonvascular Cryptogams

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...

Measuring the Shape and Size of Activated Sludge Particles Immobilized in Agar with an Open Source Software Pipeline

Måling af form og størrelse af aktiveret slam partikler immobiliseret i Agar med en Open Source Software-rørledningen

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and ...

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Using Caenorhabditis elegans for Studying Trans- and Multi-Generational Effects of Toxicants

Brug af Caenorhabditis elegans til at studere Trans-og multi generations effekter af giftstoffer

Information about toxicities of chemicals are essential in their application and waste management. For chemicals at low concentrations, the long-term ...