ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Άσκηση: Όργανα παρακολούθησης περιβαλλοντικών συνθηκών (θερμοκρασία, υγρασία, φως)

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Άσκηση: Όργανα παρακολούθησης περιβαλλοντικών συνθηκών (θερμοκρασία, υγρασία, φως) Σύνοψη, Προαπαιτούμενη γνώση Η εξοικείωση με τη χρήση οργάνων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων παραγόντων του περιβάλλοντος, όπως θερμοκρασία, υγρασία και φως Θεωρητικό υπόβαθρο Όργανα Μέτρησης Θερμοκρασίας - Υγρασίας Θερμόμετρο μεγίστου - ελαχίστου (υδραργύρου) Με το θερμόμετρο αυτό πέρα από την ανάγνωση της θερμοκρασίας σε κάθε χρονική στιγμή, προσδιορίζεται η μέγιστη και η ελάχιστη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου π.χ. μιας ημέρας. Ψηφιακό θερμόμετρο (i) Με αισθητήριο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας χώρου. Ψηφιακό θερμόμετρο (ii) Με δύο αισθητήρια, το ένα κατάλληλο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε μια επιφάνεια και το άλλο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός οργάνου (π.χ. ενός καρπού) ή σε διάφορα βάθη στο έδαφος. Θερμογράφος Στην προκειμένη περίπτωση ο θερμογράφος είναι 24ωρος και η κίνηση του κυκλικού δίσκου επιτυγχάνεται με ηλεκτρικό ρεύμα. Μετρητής ημερήσιας θερμοκρασίας Αποτελείται από το αισθητήριο (temperature sensor probe), τον θερμοκρασιακό μεταγωγέα (temperature transducer) και τον ολοκληρωτή (millivolt integrator). Μετρά τον θερμικό χρόνο (thermal time) ή τους σωρευτικoύς ημερήσιους βαθμούς (accumulated day degrees). H ολοκλήρωση της θερμοκρασίας γίνεται για θερμοκρασίες που υπερβαίνουν μία προκαθορισμένη τιμή στη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου. Στο όργανο που θα χρησιμοποιηθεί η θερμοκρασία αυτή έχει ρυθμιστεί στους -5 o C. Η ένδειξη του οργάνου διαιρείται διά 1000 και το αποτέλεσμα αποτελεί το θερμικό χρόνο. Ψυχρόμετρο Προσδιορίζεται η σχετική υγρασία του αέρα με βάση τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ «ξηρού» και «υγρού» 13

2 θερμομέτρου και τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος από ειδικό υγρομετρικό πίνακα. Απλό βροχόμετρο Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ύψους της βροχής. Το πηλίκο του όγκου του νερού που συλλέγεται στο βροχόμετρο (σε ml) δια της επιφάνειας συλλογής (σε cm -2 ) πολλαπλασιαζόμενο x10 αποτελεί το ύψος της βροχής σε mm. Ψηφιακό θερμόμετρο-υγρόμετρο Με ειδικό αισθητήριο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας και υγρασίας του εδάφους. Θερμο-υγρογράφος Με το όργανο αυτό επιτυγχάνεται η συνεχής καταγραφή της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας στη διάρκεια συνήθως μιας εβδομάδας. Η θερμοκρασία και η υγρασία καταγράφονται σε ταινία γύρω από τύμπανο που περιστρέφεται με ωρολογιακό μηχανισμό Όργανα Μέτρησης της Φωτεινής Ακτινοβολίας Φωτόμετρο (Lux-meter) Είναι κατάλληλο για τη μέτρηση του φωτισμού (illumination) σε Lux. Ραδιόμετρο (radiometer) Για τη μέτρηση της συνολικής έντασης της φωτεινής ακτινοβολίας μίας φωτεινής πηγής. Η ένδειξη του οργάνου είναι σε erg cm -2 s -1. Φασματοραδιόμετρο (spectroradiometer) ISCO Το όργανο μετρά την ένταση της φωτεινής ακτινοβολίας στα διάφορα μήκη κύματος σε μw cm -2 mμ -1 που ισοδυναμούν με 10 mw m -2 nm -1. Οι ενδείξεις του οργάνου διορθώνονται με ένα συντελεστή (Παράρτημα 1) ανάλογα με το αν χρησιμοποιείται το κινητό αισθητήριο ή η ευαίσθητη επιφάνεια του ίδιου του οργάνου. Φασματοραδιόμετρο (spectroradiometer) LiCOR Μέτρηση την έντασης της φωτεινής ακτινοβολίας από μία φωτεινή πηγή σε κάθε μήκος κύματος. Το όργανο διαθέτει διόρθωση συνημιτόνου. Το όργανο συνδέεται με υπολογιστή και δίνει τόσο την ένταση ανά μήκος κύματος (Wm -2 nm -1 και σε mol m -2 nm -1 ανά 1 ή ανά 5 nm) όσο και τη συνολική ένταση (W m -2 και σε mol m -2 ). Διαθέτει κινητό αισθητήριο (probe) κατάλληλο για μετρήσεις φωτός που πέφτει σε μία επιφάνεια κυρίως από μία διεύθυνση και ευαίσθητη επιφάνεια (head) κατάλληλη για διάχυτο φως. Οι τιμές διορθώνονται αυτόματα ανάλογα με το αισθητήριο που χρησιμοποείται. Η βαθμονόμηση γίνεται αυτόματα με ιδιαίτερο όργανο. 14

3 Μετρητής ζ Μετρητής ενέργειας ηλιακής ακτινοβολίας (energy sensor) Προορίζεται για τη μέτρηση της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας. Η ανάγνωση του οργάνου είναι σε mv. Το όργανο έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε τα 10.8 mv να αντιστοιχούν σε 1000 Wm -2 προσπίπτουσας συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας. H φασματική ευαισθησία του οργάνου φαίνεται στην Εικόνα 1. Μετρητής φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας (quantum sensor for PAR, Photosynthetic Active Radiation) Για τη μέτρηση της ροής των φωτονίων στην περιοχή από nm του ηλιακού φάσματος και την ακριβή εκτίμηση της φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας. Η ανταπόκριση του οργάνου σε σχέση με τον ιδανικό PAR-δέκτη φαίνεται στην Εικόνα 2. Η ανάγνωση του οργάνου είναι σε mv. Tα 10.0 mv αντιστοιχούν σε 1.0 mmol m -2 s Άλλα σύγχρονα όργανα συνεχούς καταγραφής περιβαλλοντικών συνθηκών ψηφιακός θερμο-υδρογράφος ψηφιακός βροχογράφος ψηφιακό πυρανόμετρο πυρακτινόμετρο 1.2. Πειραματικό μέρος Θερμοκρασία Χρησιμοποιώντας τον θερμο-υγρογράφο να προσδιοριστούν: 1. Η απολύτως ελάχιστη και απολύτως μέγιστη θερμοκρασία στο πεδίο κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας. Να γίνει σύγκριση των τιμών αυτών με τις ενδείξεις του θερμομέτρου μεγίστου - ελαχίστου, για την ίδια περίοδο. 2. Η μέση ελάχιστη και μέση μέγιστη θερμοκρασία στο πεδίο κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας (μέση 15

4 ελάχιστη: ο μέσος όρος των ημερήσιων ελάχιστων, μέση μέγιστη: ο μέσος όρος των ημερήσιων μέγιστων). 3. Η μέση ημερήσια θερμοκρασία [τύπος: ( )/4]. 4. Να συγκριθεί η τιμή της με την μέτρηση που θα ληφθεί από τον μετρητή ημερήσιας θερμοκρασίας Υγρασία 1. Να υπολογισθεί η σχετική υγρασία του αέρα στο χώρο που γίνεται η άσκηση. 2. Να προσδιοριστεί το ύψος βροχής κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας, χρησιμοποιώντας το απλό βροχόμετρο. 3. Σε ένα ανοικτό ηλιόλουστο μέρος να μετρηθεί η θερμοκρασία και η υγρασία του εδάφους σε διάφορα βάθη (πχ 5, 10, 15 και 20 cm από την επιφάνεια). Οι μετρήσεις να συγκριθούν με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους. Τα ίδια να επαναληφθούν σε ένα σκιερό τοπίο Φως 1. Να προσδιορισθεί το ποσοστό της φωτοσυνθετικά ενεργής στο σύνολο της φωτεινής ακτινοβολίας πάνω από το φύλλωμα ενός θάμνου. 2. Με το φασματοραδιόμετρο να κατασκευαστεί η καμπύλη της φασματικής κατανομής λευκού φωτός και να συγκριθεί με την αντίστοιχη καμπύλη που λαμβάνεται με την παρεμβολή ενός ή περισσοτέρων φύλλων μπροστά από το αισθητήριο. 3. Να προσδιοριστεί το ζ σε ένα ανοικτό ηλιόλουστο μέρος και κάτω από το φύλλωμα ενός δέντρου. 16

5 Συντελεστής διόρθωσης ISCO ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι 17

6 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IΙ Αντιστοίχιση των μονάδων ενέργειας (E) σε μονάδες φωτονίων (mol): Άρα Έτσι, για τη μετατροπή 1 W m -2 ακτινοβολίας με μήκος κύματος (λ) = 550 nm σε mol m -2 s -1 : Φωτομετρικές μονάδες (μέτρηση φωτισμού illumination) Μονάδα φωτισμού Luminus intensity cd Πυκνότητα φωτισμού Light flow or luminus flux lumen (1 lm = 1 cd sr -1 ) Ένταση φωτισμού Light flux or illuminance lux (1 lx = 1 lm m -2 ) Η μετατροπή από φωτομετρικές σε ραδιομετρικές μονάδες γίνεται με το συντελεστή φωτοπικής απόδοσης V (λ), που εξαρτάται από το μήκος κύματος και είναι ανάλογος με την φωτοπική όραση (αντίδραση του «πρότυπου» προσαρμοσμένου στο φως ματιού). 18