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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Nous remercions Emily Meineke contributions à la conception de l’étude originale et expérimenter. Nous remercions Ryan Boyles pour faciliter l’accès aux sites d’étude et aux données de la station météo. Jaime Collazo, Steven Frank et Erica Henry a fourni les enregistreurs de données et de blindages. Accès au site de l’étude a été approuvée par l’Office national du climat de Caroline du Nord. Toute utilisation des noms de commerce, entreprise ou produit est uniquement à des fins descriptives et n’implique pas l’approbation par le gouvernement américain.

1. construction de l’écu de rayonnement
<ol><li>À l’aide d’un couteau, couper les feuilles de plastique ondulés en carrés (Figure 1 a). Un carré de 15 cm et deux carrés de 10 cm seront nécessaire pour chaque bouclier.</li>
	<li>Découpes pour la couche supérieure de l’écu de rayonnement faible (Figure 1 b; image de gauche) :<ol>
<li>Sur la place de 15 cm, mesurer 4 cm d’un bord et tracez une ligne avec un crayon. Utilisez une règle comme g...

<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>

La précision et la répétabilité des mesures de température air dépendent de l’utilisation d’un bouclier solaire approprié qui protège le capteur de rayonnement solaire direct et réfléchi. Nous décrivons ici la construction d’un tel bouclier qui est plus compact dans la taille, moins cher, ou plus rapide de construire que6de dispositifs similaires, décrite précédemment, sans sacrifier la précision. 94 % des températures enregistrées pour le thermochrons équipé avec le plus ...

À la lumière de réchauffement climatique anthropique, il y a eu un intérêt croissant dans l’enregistrement de température de l’air dans une variété de paramètres pour comprendre et prévoir les réactions écologiques au climat changent1,2,3. Avec l’avènement des enregistreurs de données environnementales petit et peu coûteux (également appelés enregistreurs de données, thermochrons ou hygrochrons), il est maintenant possible de déployer des réseaux à haute densité de capteurs servant à mesurer la variation de température localisée hyper, augmentant capacité des écologistes d’observer plus directement les conditions environnementales ambiantes rencontrées par les organismes et les écosystèmes à l’étude. Par rapport à l’existant, bien calibrées et rigoureusement testés, mais clairsemée — météo permanente des stations, ces possibilités présente des réseaux afin d’évaluer les variations climatiques sur des échelles écologiquement pertinentes, mais peut réduire la précision ou comparabilité Parmi les études si incohérente ou incorrectement déployé.
Capteurs de température d’air près de la surface requièrent généralement une certain type de rayonnement solaire de blindage pour éviter le chauffage direct de l’élément sensible, qui se traduirait par mesures faussement chaleureux. Incluent des méthodes courantes pour limiter les biais de capteur : 1) à l’aide des caractéristiques environnementales existantes telles que les arbres d’ombrage4, 2) bias correction et l’étalonnage de capteur5 dérivé des corrections basées sur les propriétés thermiques des capteurs et 3) l’utilisation de fabriqués ou personnalisés fabriqués boucliers6,7. De nombreux chercheurs choisissent d’utiliser boucliers fabriqués personnalisés en raison du déploiement facile et peu coûteuse et la nécessité dans des situations où les conditions environnementales ne fournissent pas d’ombrage naturel. Cependant, une revue de la littérature écologique a indiqué que la conception de boucliers fabriqués personnalisés varie considérablement entre les études et conceptions individuelles sont rarement testées pour la précision. Boucliers non testés peuvent être sensibles à mauvais choix de matériaux et de design qui causent un chauffage additionnel des molécules d’air autour de la sonde, absorption directe du rayonnement solaire par le capteur lui-même ou tant-conduisant à des biais moyens jusqu'à 3 ° C7. En revanche, les dessins simples et rentables6,7 sont très efficaces au blindage des capteurs (biais de 1 ° C ou moins) et sont comparables aux blindages fabriqués commercialement.
Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour construire un rayonnement préfabriqués personnalisés déjà évalués bouclier7 pour une utilisation avec capteurs de température thermochron peu coûteux. La conception du bouclier est une modification de celui précédemment décrit et testé dans une forêt clairsemée de pins Ponderosa vitesse6. Dans les essais récents de plusieurs dessins ou modèles de bouclier fabriqués sur mesure, ce bouclier montagnarde-testé a entraîné les biais le plus bas lorsque jumelé avec petit thermochrons7, mais nous l’avons trouvé lourd et trop visible à déployer sur le terrain. Le protocole de conception proposé ici réduit les dimensions du bouclier radiations de 50 %. Une telle réduction de taille présente plusieurs avantages : 1) il est moins visible et donc moins sensibles à l’altération, 2) il peut être plus facilement utilisé dans un large éventail de paramètres écologiques où l’espace est limité (par exemple, sur des arbres de rue urbains plus petits), TI 3) est plus exacte que l’autre a publié des méthodes blindage qui tentent de minimiser la taille de bouclier ou de coûts de construction7et 4) c’est moins cher que la conception originale, la plus importante étant donné le nombre réduit de matériaux de construction nécessaires. Après avoir décrit les méthodes de construction, nous explorons l’effet de la réduction de la taille sur la précision du capteur par rapport à la conception originale de bouclier à l’aide des résultats d’une étude de terrain menée dans des conditions élevées de rayonnement solaire vers le bas.

<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

Capteurs de température faible coût sont plus utilisés par les écologistes pour évaluer les variations climatiques et changement sur des échelles écologiquement pertinentes. Bien que rentable, si ne pas déployée avec bon ensoleillement de blindage, les observations enregistrées par ces capteurs seront tendancieuse et inexacte. Blindages manufacturés sont efficaces pour réduire au minimum ce biais, mais est cher par rapport au coût de ces capteurs. Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour la construction d’une version compacte d’un bouclier de rayonnement fabriqué personnalisé précédemment décrit, qui est plus précis que les autres méthodes de blindage publiées qui tentent de minimiser les coûts de taille ou de construction de bouclier. La méthode nécessite très peu de matériel : ondulé des feuilles de plastique, ruban de papier en aluminium et attaches de câble. Un 15 cm et deux 10 cm carrés plastique ondulé sont utilisés pour chaque bouclier. Après la coupe, notation, attachant du ruban adhésif et agrafer des feuilles, les carrés de 10 cm forment le fond deux couches du rayonnement solaire bouclier, tandis que le carré de 15 cm constitue la couche supérieure. Les trois feuilles sont tenues avec colliers de serrage. Ce bouclier de rayonnement solaire compact peut être suspendu ou placé contre n’importe quelle surface plane. Il faut s’assurer que le bouclier est complètement parallèle au sol pour éviter d’atteindre le capteur de rayonnement solaire direct, causant probablement augmenté chauds biais dans les sites exposés au soleil le matin et l’après-midi par rapport à l’original, le plus grand conception. Malgré cela, les différences de températures enregistrées entre la conception d’un bouclier plus petit, compact et design original étaient faibles (diurne biais moyen = 0,06 ° C). Coûts de construction sont moins de la moitié de la conception originale de bouclier et les résultats de conception nouvelle en un instrument moins visible qui peut être avantageux dans de nombreux contextes d’écologie de terrain.

Résultats représentatifs à l’aide de thermochrons équipé de la nouvelle, plus petit bouclier design, la conception originale de bouclier plus grande et le thermochrons avec aucun bouclier de rayonnement sont indiquées dans la Figure 2 et Figure 3. Ces données ont été enregistrées à un endroit rural entièrement exposé près de Raleigh, Caroline du Nord (35.728 ° N 78.680 ° W) et ont été appos?...

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

Construction d’un bouclier Compact Low-Cost rayonnement pour capteurs de température de l’Air dans les études sur le terrain écologique

Avec l’avènement de capteurs environnementaux petits, peu coûteux, il est maintenant possible de déployer des réseaux de capteurs pour mesurer la variation de température localisée hyper haute densité. Ici, nous fournissons une méthodologie détaillée pour la construction d’une version compacte d’un bouclier décrites précédemment rayonnement fabriqués sur mesure pour une utilisation avec thermochrons bon marché.

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

Cette méthode de construction d’un bouclier de rayonnement à faible coût peut aider à améliorer les mesures de la température de l’air dans les études écologiques sur le terrain. Le principal avantage de cette technique est la petite taille du bouclier qui réduit le coût de construction à moins de la moitié de celui des modèles similaires et rend vos instruments moins visibles sur le terrain. Pour construire un bouclier de rayonnement, utilisez un couteau utilitaire pour couper les feuilles de plastique ondulées en un carré de 15 centimètres et deux carrés de 10 centimètres.Pour la couche supérieure du petit bouclier thermique, utilisez un crayon pour tracer une ligne de quatre centimètres à partir d’un bord du carré de 15 centimètres et utilisez un bord droit comme guide pour marquer le long de la ligne. Ensuite, mesurez 3,8 centimètres des bords perpendiculaires à la ligne de quatre centimètres, et utilisez le bord droit pour marquer du bas du carré jusqu’à la ligne de quatre centimètres. Puis tracer une ligne des deux coins au-dessus de la ligne de quatre centimètres à la jonction des lignes de quatre centimètres et 3,8 centimètres, et couper le long de cette ligne.Pour les couches moyennes et inférieures du petit bouclier de rayonnement, utilisez le bord droit pour dessiner un carré de six centimètres au milieu de chaque carré de 10 centimètres, et marquer tout autour de chaque carré de six centimètres, et de chaque coin des carrés de six centimètres aux coins extérieurs des carrés de 10 centimètres. Maintenant, pliez la feuille de 15 centimètres le long des lignes marqués, et rentrez les petits volets triangulaires à l’intérieur du rabat arrière plus grand, sécurisant temporairement avec des agrafes de liant, et couvrez complètement le côté marqué avec le ruban de papier d’aluminium. Lorsque le carré de 15 centimètres est plié correctement, le bord coupé du rabat arrière sera rincé avec les côtés pliés, et toute la surface du convexe sera scotchée.Ensuite, utilisez du ruban d’aluminium pour couvrir complètement le côté marqué de l’un des carrés de 10 centimètres, et le côté non marqué de l’autre carré de 10 centimètres. À l’aide d’un foret de 1/4 pouce, percer des trous dans chacune des couches des boucliers, et faire passer une attache de câble à travers l’œillet du boîtier de censure et à travers les trous de la face inférieure du carré de 10 centimètres qui est scotché sur le côté marqué et a les deux trous percés dans le milieu. Pincez les côtés de chaque carré de 10 centimètres le long de ses lignes diagonales, à l’aide d’une agrafeuse robuste pour maintenir les côtés pincés ensemble.Le produit final aura une forme carrée de bol. Lorsque le deuxième bol est terminé, enfiler une attache de câble d’abord à travers le trou arrière gauche de la feuille de 10 centimètres scotchée sur le côté non souligné. Puis, à travers le trou arrière gauche de la deuxième feuille de 10 centimètres, laissant un espace vertical de deux centimètres entre les deux feuilles pour permettre le flux d’air autour de la censure de la température.Enfilez un câble à travers les trous arrière droit de la même manière, et passez une attache de câble à travers les deux trous côte à côte dans l’arrière gauche de la feuille carrée de 15 centimètres. Attachez cette cravate aux feuilles de 10 centimètres, laissant deux centimètres d’espace entre la feuille de 15 centimètres et le haut de la feuille supérieure de 10 centimètres, et enfilez les deux trous côte à côte à l’arrière droit de la feuille de 15 centimètres de la même manière. Pour le montage, percer des trous supplémentaires dans l’extrémité arrière du produit assemblé au besoin.Ensuite, passez une attache de câble à travers les trois trous à l’avant des feuilles, et serrer la cravate du câble, en prenant soin que l’espace est même entre les trois feuilles. Assurez-vous que les trois feuilles sont parallèles au sol lorsqu’elles sont montées. Dans cette expérience représentative sur le terrain, des biais positifs ont été trouvés dans les quatre censeurs testés à l’aide du petit bouclier de rayonnement qui étaient similaires à ceux obtenus en utilisant la conception originale de bouclier plus grand, mais étaient beaucoup moins que les biais des censeurs non blindés.Les petits boucliers ont également donné lieu à l’enregistrement de températures chaudes aberrantes par rapport à la conception originale du bouclier, bien que les différences globales aient été faibles. Les biais chauds étaient plus forts pendant les périodes de pic de rayonnement solaire, mais dans les petits et les grands cas de bouclier, ces biais étaient beaucoup moins que les biais des censeurs non blindés. Les différences de température moyenne entre toutes les combinaisons de censeurs équipés du petit bouclier de rayonnement par rapport à la conception originale, a révélé que les plus grandes différences se sont produites à 08:00 heures heure locale.Lors de la construction de ce bouclier, il est important de se rappeler de couvrir complètement chaque carré avec le ruban d’aluminium réfléchissant, de garder même l’espacement entre les carrés, et de monter le bouclier construit final parallèle au sol. La mesure des variations microclimatiques de la température de l’air peut aider à donner un aperçu des réponses biologiques locales aux changements climatiques récents et projetés. L’utilisation d’un bouclier thermique aux propriétés bien documentées peut aider à assurer des comparaisons significatives entre les études.

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