生態学的フィールド研究の空気温度センサー用小型低コストの放射線シールドの施工
Summary
小型、低コストの環境センサーの出現により、ハイパーのローカライズされた温度変化を測定するセンサーの高密度ネットワークを展開ことは今です。ここでは、安価な thermochrons で使用する前に説明したカスタム作製放射線シールドのコンパクト バージョンを構築する詳細な方法論を提供します。
Abstract
低コスト温度センサーは、気候変動を評価し、関連する生態学的スケールで変更する生態学者によってますます使用されます。コスト効率の高い、適切な日射遮蔽、デプロイされていない場合これらのセンサーの観測は偏りのあり、不正確になります。製造された放射線シールドはこのバイアスを最小限に抑えることで効果が高価なこれらのセンサーのコストを比較します。ここでは、シールド サイズや建設コストを最小化しようとすると、他の公開されたシールドの方法よりも正確である前述のカスタム加工放射線シールドのコンパクト バージョンを構築する詳細な方法論を提供します。このメソッドは、ほとんどの材料: プラスチック シート、アルミ箔粘着テープ、ケーブルタイを段ボールします。1 つの 15 cm とプラダン 2 10 センチの正方形は、各シールドの使用されます。切断、得点、テーピング、シートのステープル後、10 cm の正方形は太陽放射の 2 層シールド、15 cm 角は上位層を形成しながら底を形成します。3 つのシートは、ケーブルタイと一緒に開催しています。このコンパクトな太陽放射シールドを中断、または、平らな面に配置できます。確実にシールドが完全にセンサーに到達から直接日射を防ぐために地面に平行で朝と午後の元の大きな基準太陽露出サイトで暖かいバイアスを増加可能性に注意する必要があります。デザイン。そうであっても、小さく、コンパクトなシールド設計とオリジナル間の記録された温度差が小さかった (昼間バイアスの意味 = 0.06 の ° C)。建設費は、オリジナルのシールド設計と多くのフィールド生態設定で有利なことができるより少なく顕著な楽器で新しい設計の結果の半分以下です。
Introduction
人為的地球温暖化の光の中でさまざまな設定を理解し、生態学的応答に気候変動1,2,3予測気温を記録の関心の高まりがあった。小型、低コストの環境データ レコーダー (データ ロガー、thermochrons、または hygrochrons とも呼ばれる) の出現により、それはハイパーのローカライズされた温度変化を測定するセンサーの高密度ネットワークを展開することが可能今増加生態学者の能力より直接周囲環境の生物、生態系調査の下で経験を観察します。既存、よく調整され厳密にテストの比較 — しかしまばら-永久的な天気予報ステーションでは、生態学的関連性の高いスケールで気候変動を評価するためにそのようなネットワークの存在の機会が、正確性や比較可能性を減らすことができます調査の間で一貫性のないまたは不適切な場合は展開。
地表付近の空気温度センサー通常誤って暖かい測定すると、センサーの要素の直接加熱を防ぐためにシールド日射のいくつかのタイプが必要です。センサーのバイアスを制限する一般的な方法: ツリー 1) など、既存の環境の機能を使用してシェーディング42) バイアス補正と修正を派生センサー校正5センサーの熱的性質と 3) の使用に基づいて、製造し、又は加工カスタム盾6,7。多くの研究者は、低コストかつ簡単な展開と環境条件が自然な陰影を与えない状況の必要性のためカスタム作製した盾を使用する選択します。ただし、生態学的な文献のレビューには、カスタム作製した盾のデザインは研究、大きく異なり、個々 のデザインをほとんど検査精度が示されます。未検証の盾は材料、センサー、日射センサー自体の直接の吸収または 3 ° の平均バイアスにつながる両方を囲む空気の分子の追加加熱を引き起こすデザインのお粗末な選択に敏感にすることができます。C7。その一方で、シンプルでコスト効率の高いデザイン6,7シールド センサー (バイアス 1 ° C 以下) で非常に効果的、商業的に製造された放射線シールドに匹敵します。
ここでは、安価な thermochron 温度センサーを使用する以前に評価されたカスタム作製放射線シールド7を構築するため詳細な方法論を提供します。シールド設計は以前説明し、テスト設定6オープンのポンデローサマツ森林での変更です。いくつかのカスタム作製シールド デザインの最近のテストで小さな thermochrons7と組み合わせれば最低のバイアスで起因したこの山地テスト シールドしますが、面倒でも顕著なフィールドで展開すると分かった。ここで提案されたプロトコルの設計では、放射線シールドの大きさを 50% 減少します。このようなサイズの減少はいくつかの利点: 1) それはより少なく顕著なしたがって改ざんを受け、2) 投げ打って使える多様な生態環境のスペースが限られている (例えばより小さい都市の街路樹に)、3) itその他公開シールド サイズや建設コスト7と 4 を最小限にしようとすると、シールドの方法よりも正確です) 必要な建設材料の減らされた量のため、元より大きい設計よりも安価であります。構法を説明した後は、高下方日射条件下で実施した実証実験の結果を使用してオリジナルのシールド設計基準センサー精度にサイズの縮小の効果を調べる。
Protocol
Representative Results
Discussion
精度と空気温度測定の再現性は、直接と反射日射量からセンサーを保護する適切な太陽のシールドの使用に依存します。ここでは精度を損なうことがなくよりコンパクトより少なく高価または同様、前述のデバイス6より高速を構築するようなシールドの建設について述べる。小さいシールドと thermochrons の記録された気温の 94% だった最高の thermochron 元の大きく、設備が整?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
元の研究計画への貢献ありがとうエミリー Meineke と実験します。ありがとうライアン ボイルズ研究サイトと気象ステーションのデータへのアクセスを促進します。ハイメ Collazo、スティーブン フランクとエリカのヘンリーは、データロガーや放射線シールドを提供しました。研究サイトへのアクセスは、ノースカロライナ州の気候のオフィスによって承認されました。貿易、企業、または製品名の使用は説明目的のものは、米国政府の裏書を意味しません。
Materials
| Multipurpose Aluminum Foil Tape | Nashua | 1087671 | 48 mm width |
| 8" cable ties | DTOL | GEN86371 | NA |
| Corrugated plastic sheet | Highway Traffic supply | hts18X24COROW | White sheet 18"L x 24"W, 5-pack |
| Standard utility knife | NA | NA | NA |
| Standard Scissors | NA | NA | NA |
| Heavy duty stapler | Swingline | 552277715 | NA |
Riferimenti
- Bowker, R. G. Anurans, the group of terrestrial vertebrates most vulnerable to climate change: A case study with acoustic monitoring in the Iberian peninsula. Computational bioacoustics for assessing biodiversity. , 43 (2007).
- Walther, G. -. R., et al. Ecological responses to recent climate change. Nature. 416 (6879), 389-395 (2002).
- Inouye, D. W. Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers. Ecology. 89 (2), 353-362 (2008).
- Lundquist, J. D., Huggett, B. Evergreen trees as inexpensive radiation shields for temperature sensors. Water Resources Research. 44 (4), W00D04 (2008).
- De Jong, S. A. P., Slingerland, J. D., Van De Giesen, N. C. Fiber optic distributed temperature sensing for the determination of air temperature. Atmospheric Measurement Techniques. 8 (1), 335-339 (2015).
- Holden, Z. A., Klene, A. E., Keefe, R. F., Moisen, G. G. Design and evaluation of an inexpensive radiation shield for monitoring surface air temperatures. Agricultural and Forest Meteorology. 180, 281-286 (2013).
- Terando, A. J., Youngsteadt, E., Meineke, E. K., Prado, S. G. Ad hoc instrumentation methods in ecological studies produce highly biased temperature measurements. Ecology and Evolution. 7 (23), 9890-9904 (2017).
- Richardson, S. J., et al. Minimizing errors associated with multiplate radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 16 (11), 1862-1872 (1999).
- Anderson, S. P., Baumgartner, M. F., Anderson, S. P., Baumgartner, M. F. Radiative Heating Errors in Naturally Ventilated Air Temperature Measurements Made from Buoys. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 15 (1), 157-173 (1998).
- Nakamura, R., Mahrt, L. Air temperature measurement errors in naturally ventilated radiation shields. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 22 (7), 1046-1058 (2005).
- Tarara, J. M., Hoheisel, G. -. A. Low-cost shielding to minimize radiation errors of temperature sensors in the field. HortScience. 42 (6), 1372-1379 (2007).
- Huwald, H., Higgins, C. W., Boldi, M. -. O., Bou-Zeid, E., Lehning, M., Parlange, M. B. Albedo effect on radiative errors in air temperature measurements. Water Resources Research. 45 (8), (2009).
- Fuchs, M., Tanner, C. B. Radiation shields for air temperature thermometers. Journal of Applied Meteorology. 4 (4), 544-547 (1965).
