Als Forscher wissen Sie, dass die Gründe für die Überwachung von Wetterparametern an Ihrem Forschungsstandort praktisch unbegrenzt sind. Leider sind auch die verfügbaren Optionen zur Durchführung dieser Messungen grenzenlos. Das kann entmutigend sein, wenn Sie wissen wollen, welche Wetterstation oder welches Wetterüberwachungssystem für Ihre spezielle Situation das Richtige ist.
METER-Wissenschaftler haben Tausende von Stunden damit verbracht, Wetterstationen zu installieren und Daten aus Feldversuchen zu überwachen, zu interpretieren und zu veröffentlichen. Im Laufe der Zeit haben wir eine Menge darüber gelernt, wie man qualitativ hochwertige Wetterdaten erhält. In diesem Artikel teilen wir dieses Wissen mit Ihnen. Schauen Sie sich das Video an oder lesen Sie den Artikel unten, um einen Vergleich der gängigen Wetterüberwachungsmethoden, der Vor- und Nachteile zu erhalten und zu erfahren, welche Technologie für die verschiedenen Arten der Feldforschung geeignet ist. Erfahren Sie außerdem, warum es bei der modernen Wetterbeobachtung um mehr als nur die Wetterstation geht.
Abbildung 2 ist ein Diagramm, das die Leistung einer Wetterstation mit dem Preis vergleicht. In einer idealen Welt wäre ein höherer Preis gleichbedeutend mit höherer Qualität, und das Kontinuum zwischen Preis und Leistung wäre eine gerade Linie. Aber bei der Wahl einer Wetterstation geht es nicht nur um Preis und Leistung. In Abbildung 2 ist die transversale Achse eine "Wert"-Achse. Wenn eine Wetterstation ein besseres Preis-/Leistungsverhältnis bietet (d.h. Sie erhalten genau die richtige Leistung zu einem Preis, den Sie sich leisten können), dann bietet diese Wetterstation einen höheren Wert für Ihre speziellen Messanforderungen.
Die Preise der auf der x-Achse in Abbildung 2 gezeigten Wetterstationen sind festgelegt. Es ist also nur die y-Achse, oder die Leistung eines Instruments in Ihrer speziellen Anwendung, die den Wert verändert. Viele verschiedene Faktoren beeinflussen die relative Leistung eines Wetterüberwachungssystems, wie z.B.:
Die Leistung wird durch Ihre speziellen Messanforderungen bestimmt. Wenn Sie zum Beispiel an einem abgelegenen Ort messen, den Sie nicht routinemäßig erreichen können, benötigen Sie extrem robuste Messgeräte. Robuste Wetterüberwachungsgeräte werden auch benötigt, wenn das Leben von Menschen auf dem Spiel steht (d.h. wenn ein Sensor ausfällt und eine Sturzflut nicht erkannt wird, könnte das Leben von Menschen in Gefahr sein). In diesen Situationen ist also die Robustheit eines Wetterüberwachungssystems ausschlaggebend für die relative Leistung. Andere Szenarien könnten wie folgt aussehen:
Szenario 1: Sie sind vielleicht ein Klimatologe, der die Lufttemperatur überwacht, um die Auswirkungen des Klimawandels zu untersuchen. In diesem Fall benötigen Sie eine kontinuierliche, genaue Aufzeichnung der Lufttemperatur über mehrere Jahrzehnte. In diesem Fall sind sowohl die Genauigkeit als auch die Stabilität einer Wetterstation oder Wetterüberwachungslösung der entscheidende Faktor, der die Leistung im Verhältnis zu Ihren Messanforderungen beeinflusst.
Szenario 2: Wenn Sie ein riesiges Netzwerk von Wetterstationen betreiben und die Kosten für die Wartung und Installation vor Ort beträchtlich sind und die Kosten für die Anschaffung der Geräte in den Schatten stellen, dann sind es möglicherweise die Wartungsanforderungen des Instruments, die die Leistung für Ihre Anwendung bestimmen.
Szenario 3: Forscher benötigen oft spezielle Messungen. Sie benötigen möglicherweise mehr als die typischen Wettermessungen wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Niederschlag, um die Forschungsfrage zu beantworten. In diesem Fall hängt die Leistung der Wetterstation von der Art der Messreihe ab, die die speziellen Messungen enthält, die Sie benötigen.
Szenario 4: Einige Systeme sind für drei Jahreszeiten und nicht für vier Jahreszeiten geeignet. Vier-Jahreszeiten-Systeme sind beheizt und können im Winter in den hohen Breitengraden funktionieren und genaue Ergebnisse liefern. Wenn Sie den Niederschlag im Winter untersuchen, benötigen Sie einen beheizten Regenmesser, der auch den Schneeniederschlag erfassen kann. Wenn Sie jedoch eine landwirtschaftliche Studie durchführen, ist ein Vier-Jahreszeiten-System für Sie nicht wichtig, da die Pflanzen nicht wachsen.
Szenario 5: Der Energiebedarf ist wichtig, wenn Sie an einem abgelegenen Standort überwachen. Sie benötigen ein batteriebetriebenes System mit geringem Stromverbrauch , damit Sie Reisezeit und Kosten sparen können. In einem Diagramm, in dem Leistung und Wert gegenübergestellt werden,bewegen sichLösungen, die IhreAnforderungen an die Wetterüberwachungnicht erfüllen, auf der Wertachse nach unten, während Lösungen, die Ihre Anforderungen erfüllen, auf der Wertachse nach oben wandern. Wenn zum Beispiel ein bestimmtes WMO-System so viel Routinewartung benötigt, dass Sie Ihr Netzwerk nicht skalieren können, kann es auf der Wertachse nach unten wandern, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Oder wenn Sie eine Studie zum Wasserhaushalt durchführen, benötigen Sie einen präzisen Regenmesser. Die teurere All-in-One-Wetterstation verfügt jedoch möglicherweise nur über einen rudimentären Regenmesser, der den Schall misst, der durch das Auftreffen von Wassertropfen auf eine Trommel erzeugt wird. Dies würde die Leistung und den Wert dieses speziellen Systems verringern (Abbildung 4).
Sobald Sie also Ihren Messbedarf ermittelt und die verschiedenen Systeme auf der Wertachse angeordnet haben, können Sie sehen, welche Systeme für Sie wertvoller sind und wo sie sich auf dem Kostenkontinuum befinden. Auf diese Weise können Sie eine fundierte Entscheidung darüber treffen, welches System Sie für Ihre Anwendung verwenden möchten.
Im Folgenden finden Sie Definitionen der verschiedenen Typen und Klassen von Wetterstationen, die Sie auf dem Markt finden können.
Die Wetterüberwachungssysteme der Luftfahrtklasse unterscheiden sich durch ihre speziellen Beobachtungen.
Wenn Sie in Abbildung 2 das Kontinuum zwischen Leistung und Preis betrachten, befinden sich die Luftfahrtsysteme in der oberen rechten Ecke, wo sowohl die Leistung als auch der Preis sehr hoch sind (d.h. $200.000+). Dazu gehören zum Beispiel ein Sicht- und Wettersensor, der die Entfernung angibt, die ein Pilot vernünftigerweise sehen kann, ein Ceilometer, das die Höhe cloud angibt, oder ein Instrument, das gefrierenden Regen oder Eisbildung anzeigt. Diese spezialisierten Messungen sind in den meisten Wetterüberwachungslösungen nicht zu finden, aber sie bestimmen die Leistung von Flugwettersystemen. Luftfahrtsysteme verfügen auch über spezielle Kommunikationssysteme mit UKW-Übertragung und redundanten Telefonsystemen. Und da die Gesundheit und Sicherheit der Menschen von diesen Systemen abhängt, sind sie extrem robust und für alle Jahreszeiten geeignet (es sei denn, sie befinden sich in den Tropen). Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Luftfahrtsysteme sehr hoch, da die meisten dieser Daten in die klimatologischen Aufzeichnungen einfließen.
Mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) konforme Wetterüberwachungssysteme sind in vielen Ländern in den nationalen Wetternetzen zu finden. Auch einige mittelgroße Mesonetze halten sich an die Empfehlungen und Richtlinien der WMO.
WMO-Wetterbeobachtungssysteme benötigen einen Turm für Messungen in zehn Metern Höhe, und andere Messungen werden tiefer im atmosphärischen Profil in zwei oder drei Metern Höhe vorgenommen. WMO-konforme Systeme müssen für vier Jahreszeiten geeignet sein und erfordern eine hohe Genauigkeit, da diese Daten auch in unsere klimatologischen Aufzeichnungen einfließen. Die Kosten für diese Systeme sind hoch: ca. $20.000-$50.000. Hinzu kommt ein erheblicher Wartungsaufwand, der die jährlichen Betriebskosten in die Höhe treibt. Das bedeutet, dass die Kosten für dichte räumliche Netzwerke unerschwinglich sind.
Forscher benötigen oft maßgeschneiderte Wetterüberwachungssysteme mit einem Messpaket, das auf die Forschungsfrage zugeschnitten ist, die sie zu beantworten versuchen. Auch einige Wetternetzwerke verwenden benutzerdefinierte Wetterstationen mit einem Messprogramm, das die Bedürfnisse ihrer Interessengruppen erfüllt. Zusätzlich zu den normalen Wetterparametern können die Benutzer also Dinge hinzufügen wie:
Es gibt eine fast unendliche Anzahl von Messungen, die Forscher in ein Datenerfassungssystem integrieren können. Aus diesem Grund sind diese kundenspezifischen Wetterstationssysteme in dem Preis-/Leistungskontinuum in Abbildung 1 auf beiden Achsen verstreut. Sie werden diese Wetterüberwachungssysteme häufig in nicht-mesonetischen und nicht-nationalen Wetternetzwerken einsetzen.
In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Zahl der All-in-One-Wetterstationen stark erhöht. Das bedeutet, dass viele Hersteller die verschiedenen Wettersensoren in eine kleine All-in-One-Station integrieren, anstatt Wetterstationen mit individuellen Sensoren zusammenzustellen, die in ein Datenerfassungssystem integriert sind.
Es gibt verschiedene Arten von All-in-One-Wetterstationen, was bedeutet, dass Sie viele verschiedene Mess-Suiten und Preisoptionen haben. All-in-One-Wetterstationen kosten zwischen $1000 und $5.000, abhängig von der Messeinheit und davon, ob es sich um ein Drei-Jahreszeiten- oder ein Vier-Jahreszeiten-Instrument handelt. Die Vorteile von All-in-One-Wetterstationen sind, dass Installation und Wartung viel weniger komplex sind als bei kundenspezifischen oder WMO-Wetterüberwachungssystemen. Das macht sie zu einer guten Option für dichte Wetterstationsnetzwerke. Oft bilden Stationen der WMO-Klasse das Rückgrat eines Netzwerks. All-in-One-Wetterstationen füllen dann die räumlichen Lücken zwischen diesen WMO-Stationen und sorgen so für ein dichteres Netzwerk mit viel umfangreicheren Informationen. Der Nachteil von All-in-One-Wetterstationen ist, dass sie sich nicht streng an die WMO-Empfehlungen halten können, da sie nur Messungen in einer Höhe vornehmen. All-in-One-Wetterstationen haben also ihre Nische, genauso wie die WMO-Stationen ihre Nische haben.
Hobby-Wetterstationen für die Wetterüberwachung werden in der Regel für Hausbesitzer und gewerbliche Gebäude gebaut. Diese Stationen sind nicht besonders robust und eignen sich nicht für die Forschung oder Langzeitüberwachung.
Ein Vorteil dieser Stationen ist, dass das Datenerfassungs- und Kommunikationssystem die Informationen an eine Konsole für lokale Wettermessungen in einem Haus oder an einem Geschäftssitz weiterleitet. Bei einer Amazon-Suche finden Sie viele dieser Arten von Wetterstationen in den Suchergebnissen.
In den folgenden Fallstudien erfahren Sie, wie Forscher und Landwirte die richtige wissenschaftliche Wetterstation für ihre spezielle Anwendung auswählen.
Die Penman-Monteith-Referenz-Evapotranspiration ist eine Messung, die in der Bewässerungslandwirtschaft häufig vorgenommen wird. Die Penman-Monteith-Gleichung ist eine mechanistisch begründete Gleichung, die die Menge der Evapotranspiration oder des Wasserverlusts von einer Gras- oder Luzernefläche quantifiziert. Wenn Sie zum Beispiel eine gut bewässerte Gras- oder Luzernefläche haben, können Sie Wettervariablen in die Gleichung einsetzen, um zu zeigen, wie viel Wasserdampf Sie an die Atmosphäre verlieren würden.
Die Messung wird in der Regel in der hochpreisigen, bewässerten Landwirtschaft, wie z.B. im Weinbau und bei Obstbäumen, eingesetzt, aber auch in der Landwirtschaft mit Pivot-Systemen. Landwirte müssen die Wasserbilanz kennen (wie viel Wasser im System verloren oder gewonnen wurde), damit sie den Nettoverlust mit Bewässerungswasser ausgleichen können. Für diese spezielle Messung benötigen die Landwirte also möglicherweise lokalisierte Messungen an vielen verschiedenen Orten.
Ein Landwirt braucht in der Regel kein komplexes Wetterüberwachungssystem, um diese Messung durchzuführen. Sie brauchen etwas, das einfach einzurichten und zu installieren ist, wenig Wartung erfordert, einen Fernzugriff auf die Daten ermöglicht und nur wenig Batterien benötigt. Der Datenlogger in Abbildung 10 verfügt beispielsweise nur über ein kleines Solarpanel, das diese Wetterstation auf unbestimmte Zeit betreiben kann.
Der wichtigste Faktor bei der Wahl eines Wetterüberwachungssystems für die FAO 56-Referenzverdunstung ist die Notwendigkeit, sowohl die Sonneneinstrahlung als auch den Niederschlag zu messen. Die Landwirte müssen wissen, wie viel Niederschlag das Wasser im Boden wieder auffüllt, und sie brauchen eine Messung der Sonneneinstrahlung für die Penman Monteith (FAO 56) Referenz-Evapotranspirationsmessungen. Einige All-in-One-Stationen verfügen nicht über Niederschlag und Sonneneinstrahlung. Die ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation misst jedoch sowohl Sonneneinstrahlung als auch Niederschlag. Damit ist sie eine gute Wahl für diese Art der Wetterüberwachung in der Landwirtschaft.
Abbildung 11 ist eine Grafik aus der ZENTRA Cloud Datenverwaltungssoftware, die mit ZL6 Datenloggern arbeitet.
ZENTRA Cloud führt automatisch Referenz-Evapotranspirationsmessungen auf täglicher und kumulativer Basis durch. Sie können die Erntekoeffizienten hinzufügen, um die Referenz-Evapotranspiration in die wahre Evapotranspiration umzurechnen. Dies macht die ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation, den ZL6 Datenlogger und die ZENTRA Cloud Software zu einem wertvollen schlüsselfertigen System für Landwirte.
Im Gegensatz zur vorherigen Fallstudie, bei der die einfache Installation und Wartung für einige spezielle Messungen wichtig war, ist Campbell Scientific, Inc. an einem Projekt zur Entwicklung von Wetterstationen beteiligt , die auf dem Mount Everest aufgestellt werden. Eine dieser Stationen ist die höchstgelegene aktive Wetterstation der Welt. Die Bedingungen auf dem Mount Everest sind extrem rau, so dass die Robustheit dieser Station der Schlüsselfaktor ist, der die Leistung für diesen speziellen Messbedarf steigert.
Diese Mount Everest-Stationen sind extrem robuste Vier-Jahreszeiten-Stationen, denn sie messen ständig die Bedingungen im Winter. Sie verfügen über redundante, spezialisierte Anemometer mit Beschichtungen, die Eis und Schnee abhalten, falls eine Station einfriert. Auch bei einigen anderen Messungen gibt es Redundanz. Dies ist also kein Projekt, das von Preisüberlegungen angetrieben wurde. Robustheit ist der entscheidende Faktor, denn die Kosten für die Wartung des Wetterüberwachungssystems übersteigen die Kosten des Systems um ein Vielfaches.
Die Washington State University betreibt das Washington State AgWeatherNet. Jeder grüne Punkt in Abbildung 13 ist der Standort einer Tier-1-Wetterstation des AgWeatherNet. Diese Stationen befinden sich vor allem in den landwirtschaftlichen Regionen des Staates Washington in den Apfelplantagen und anderen hochpreisigen Kulturen, die (zusammen mit Kalifornien) einen Großteil der Vereinigten Staaten ernähren.
Die Tier-1-Wetterstationen des AgWeatherNet verfügen über ein Messpaket, das speziell auf die Landwirte in dieser Region zugeschnitten ist. Das AgWeatherNet nimmt Daten von diesen Stationen auf und gibt eine Reihe von modellierten Parametern wie Krankheitsmodelle, Schädlingsmodelle, Frostvorhersage und Frostüberwachung aus. Diese Modelle sind für die Erzeuger in der Region, die für das System bezahlen, äußerst wertvoll.
Das Interessante an AgWeatherNet ist, dass diese Stationen viele Kilometer voneinander entfernt sind, auch wenn es wie ein dichtes räumliches Netzwerk aussieht. So kann es sein, dass eine genaue Tier-1-Station in einem Tal 2 °C anders misst als eine Station in einer Obstplantage auf dem Gipfel eines Hügels. Das bedeutet, dass eine kontinuierliche Überwachung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Tal und die Vorhersage einer Pilzerkrankung von der Realität auf dem Gipfel des Berges abweichen kann.
Um dieses Problem zu lösen, ermöglicht das AgWeatherNet einzelnen Landwirten, Tier-2-Systeme zu kaufen und zu installieren (Abbildung 14).
Abbildung 14 zeigt eine ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation, die im AgWeatherNet verwendet wird. Sie verfügt zwar nicht über die Genauigkeit der Tier-1-Stationen, aber der Mangel an Genauigkeit auf der Punkteskala ist fast bedeutungslos im Vergleich zu den räumlichen Unterschieden in den Wetterparametern, wenn Sie sich von den Tier-1-Standorten entfernen. Diese Tier-2-Stationen füllen die Lücken in den Tier-1-Beobachtungen und AWN kann dann künstliche Intelligenz zusammen mit diesen Beobachtungen nutzen, um hyperlokale Vorhersagen für die Landwirte zu treffen, die diese Stationen installiert haben. Diese Strategie hat sich bei der Vorhersage von Schimmelpilzbefall, Schädlingsausbrüchen oder Frostereignissen am Standort eines bestimmten Landwirts bewährt. Es ist leicht zu erkennen, wie jeder Wetterstations-Typ eine Schlüsselrolle bei der Bereitstellung wichtiger Daten für die Entscheidungsfindung der Beteiligten spielt.
Es ist schwierig, das Wetter vorherzusagen, wenn man es nicht einmal beobachten kann. Außerhalb Südafrikas gibt es auf dem gesamten afrikanischen Kontinent südlich der Sahara fast keine Wetterbeobachtungssysteme. Das hat viele negative Auswirkungen auf die Wettervorhersage für die Ernteversicherung und für die afrikanischen Landwirte. Dies ist einer der Gründe, warum es schwierig ist, effiziente landwirtschaftliche Praktiken in Afrika einzuführen. Um dieses Problem zu lösen, ist METER eine Partnerschaft mit dem Trans African Hydro Meteorological Observatory(TAHMO) eingegangen, um 20.000 Wetterstationen in Afrika aufzustellen.
TAHMO hatte wichtige Überlegungen, die den Leistungswert der Wetterstationen, die sie installieren wollten, beeinflussten. Zunächst einmal brauchten sie eine einfache Installation, da die Bodencrews nicht besonders geschickt sind. Außerdem brauchten sie eine wartungsarme Wetterstation, denn in vielen Regionen Afrikas ist es aufgrund von Unruhen, politischer Instabilität und böswilligen Aktivitäten äußerst schwierig, Feldbesuche durchzuführen. Daher sind routinemäßige Wartungsbesuche auf Feldern, die weniger als ein Jahr auseinander liegen, schwierig und sehr teuer.
Die ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation wurde speziell für das TAHMO-Projekt entwickelt, um auch bei rauem Wetter extrem robust zu sein, ohne bewegliche Teile, die kaputt gehen könnten. TAHMO hat inzwischen mehr als 500 dieser Wetterstationen in Afrika installiert und ist damit das größte funktionierende Wetternetzwerk auf dem afrikanischen Kontinent. Die Betriebszeit dieser Stationen liegt bei etwa 95 %, während die Flugwettersysteme in den afrikanischen Ländern südlich der Sahara im Allgemeinen nur zu etwa 67 % funktionieren.
In den USA stellt der Nationale Wetterdienst (eine Abteilung der NOAA) normalerweise ein Netz von Wetterüberwachungssystemen auf, die über das ganze Land verteilt sind, und diese Daten werden in vorausschauende Modelle eingespeist, die helfen, das Wetter vorherzusagen. Forscher haben herausgefunden, dass die Einrichtung eines spärlichen Netzes von sehr teuren Wetterüberwachungssystemen sehr gut funktioniert hat. Aber die räumlichen Lücken in diesen Wetterüberwachungsnetzen sind ein Problem, vor allem für landwirtschaftliche Erzeuger und Viehzüchter. Sie müssen wissen, was dort passiert, wo sie sind.
Mesonetze sind eine praktische Lösung, um Datenlücken zwischen großen, komplexen Wetterüberwachungssystemen zu schließen. Das Montana Mesonet verfügt derzeit über 57 Wetterstationen, die über den ganzen Bundesstaat verteilt sind, und durch Partnerschaften mit dem öffentlichen und privaten Sektor kommen jedes Jahr weitere Stationen hinzu. An jedem Standort installiert das Montana Mesonet-Team METER All-in-One-Wetterstationen, Bodenfeuchtesensoren, NDVI
Sensoren und Datenlogger, die sich mit ZENTRA Cloud: eine einfach zu bedienende Web-Software, die sich über eine API nahtlos in Anwendungen von Drittanbietern integrieren lässt. Kevin Hyde, Montana State Mesonet Coordinator, sagt, dass das System eine bessere räumliche Verteilung und Zuverlässigkeit ermöglicht. "Als wir uns für die Ausrüstung entschieden, fragten wir uns: Welche Art von Technologie sollten wir verwenden? Sie musste eine hohe Datenintegrität bieten. Sie musste einfach zu installieren und zu warten sein. Und sie musste kosteneffektiv sein. Es gibt nicht viele Leute in diesem Sektor. METER-Systeme sind unauffällig, sie sind erschwinglich und zuverlässig. Wenn ich mir einige andere Mesonetze anschaue, können sie es sich nicht leisten, weiter auszubauen, weil sie auf große, komplexe und teure Systeme angewiesen sind. Hier kommt das METER-System ins Spiel."
Vollständige Fallstudie zum Montana Mesonet lesen->
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ihr Messbedarf und Ihre Anwendung die erforderliche Leistung und den Wert einer bestimmten Wetterstation bestimmen. Wichtige Fragen, die Sie sich vor dem Kauf stellen sollten, sind:
Wenn Sie die verschiedenen Faktoren durchdenken, die für die Leistung im Verhältnis zu Ihren Messanforderungen ausschlaggebend sind, wird es viel einfacher zu entscheiden, was wichtig ist, und Sie können den besten Wert finden.
Unsere Wissenschaftler verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Unterstützung von Forschern und Landwirten bei der Messung des Kontinuums zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre.
Ein Gewächshaus ist eine interessante Umgebung für Messungen. Einige All-in-One-Stationen sind gut für das Gewächshaus geeignet. Der Trick besteht darin, ein Messsystem zu finden, das keine Niederschlagsmessung beinhaltet, so dass Sie für diese Messung nicht extra bezahlen müssen. Ein Teil der Herausforderung im Gewächshaus ist die künstliche Beleuchtung. Wenn Sie versuchen, die photosynthetisch aktive Strahlung zu messen, müssen Sie auf Ihren Quantensensor achten, denn die meisten Gewächshäuser stellen auf LED-Beleuchtung um, die in diskreten Bändern emittiert. Wenn Ihr Quantensensor nicht in diesem Band misst, werden Sie eine falsche Antwort erhalten. Aber es gibt viele Möglichkeiten, wenn Sie nur die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit messen möchten. Sogar Wind ist manchmal wichtig. Aber für diese Anwendung würde ich Ihnen eine der All-in-One-Wetterstationen empfehlen.
Das ist eine komplexe Frage, denn der größte Teil der Energiekosten für Wetterüberwachungssysteme entfällt auf die Übertragung der Daten an cloud. Wenn Sie eine Beobachtung nahezu in Echtzeit benötigen, können die meisten Wetterstationen alle 5 bis 15 Minuten aufzeichnen. Aber die meisten Leute, die eine Feldstudie im Kontinuum Boden-Pflanze-Atmosphäre durchführen, sammeln alle 30-60 Minuten Daten. Sie können Ihren Logger programmieren und einige Wetterstationen sind so vorprogrammiert, dass sie maximale und minimale Windgeschwindigkeiten anzeigen, damit Sie nicht zu viele Proben nehmen müssen.
Die All-in-One-Stationen sind für diese Anwendung wie geschaffen. Sie können All-in-One-Stationen im Bereich von $2.000 Dollar finden, die genaue Messungen vornehmen können. Sie können je nach Topographie mehrere dieser Stationen im Weinberg aufstellen, um die räumlichen Unterschiede zu verstehen, die für Ihre Bewässerungsentscheidungen in diesem Weinberg ausschlaggebend sein werden.
Sie können einen Tier-1-Sensor kaufen, z.B. einen Tier-1-Pyranometer-Wettersensor, der nach Davos rückverfolgbar ist, und Gegenüberstellung Ihre Sonnenstrahlungsmessungen mit diesem Standard vergleichen. Sie können auch ein gut kalibriertes Platin-Widerstandsthermometer mit einem angesaugten Strahlungsschutz kaufen, um die Lufttemperatur zu messen. Dann würden Sie Gegenüberstellung Ihre Messungen der Lufttemperatur mit diesem Standard vergleichen. Wenn Sie diese Studien über einen längeren Zeitraum durchführen, können Sie die Drift eines bestimmten Sensors quantifizieren und einige vernünftige Empfehlungen für eine Neukalibrierung aussprechen. Bei METER haben wir viel Zeit damit verbracht, dies mit unserer Wetterstation ATMOS 41 zu tun. Wir quantifizieren die Drift, die wir beobachtet haben, und geben Empfehlungen für eine sinnvolle Neukalibrierung oder Überholung ab.
Die Wartungskosten können erheblich sein. Es ist teuer, Mitarbeiter zur Wartung von Wetterstationen in großen Netzwerken zu schicken. Die meisten Hersteller von Wetterstationen bieten gute support an. Wenn Sie also ein Problem haben, werden Sie die Antwort finden können. Wenn Sie jedoch die Tagungen der American Meteorological Society besuchen und sich neue Messgeräte ansehen, gibt es eine Reihe neuer Unternehmen mit Angeboten, die den Messgeräten renommierter Unternehmen mit einer langen Erfolgsgeschichte ähneln. Diese neuen Stationen haben möglicherweise nicht die gleiche Leistung. Sie müssen also sicherstellen, dass Sie von einem seriösen Unternehmen kaufen.
Es ist äußerst wichtig zu wissen, wann Ihre verschiedenen Sensoren hergestellt und kalibriert wurden, sowie die Höhe und den Standort der Sensoren zu kennen. Die WMO-Empfehlungen stellen sicher, dass Sie über die richtigen unterstützenden Metadaten verfügen, aber auch bei Forschungsanwendungen können Metadaten über Erfolg oder Misserfolg einer Studie entscheiden. Vielleicht verlässt Sie ein Kollege und plötzlich ist sein Labornotizbuch verschwunden. Sie erhalten Daten, aber Sie wissen nicht, was diese Daten bedeuten, weil Sie alle unterstützenden Informationen verloren haben. Bei METER haben wir viel Zeit damit verbracht, Metadaten auf dem gesamten Weg vom Sensor über den ZL6 Datenlogger bis hin zu ZENTRA cloud verfügbar zu machen. So haben Sie diese Metadaten in all Ihren permanenten Aufzeichnungen
Die ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation ist ein Drei-Jahreszeiten-Instrument, d.h. sie ist nicht beheizt. Im Winter besteht der größte Nachteil darin, dass sich Ihr Trichter mit Schnee füllt und Sie während der gefrorenen Jahreszeit keine Niederschlagsmessungen erhalten. Es besteht auch die Möglichkeit, dass Schnee und Eis die Öffnung des Schallanemometers verstopfen und die Windgeschwindigkeiten sowie die Lufttemperatur abschwächen. Eine gute Niederschlagsmessung im Winter ist ein ziemlich intensiver Prozess. In der Regel benötigt man einen beheizten Wiegeindikator, auf den man etwas Öl und Frostschutzmittel gibt, um sicherzustellen, dass er nicht gefriert oder verdunstet. Es ist also sehr energieintensiv und ziemlich schwierig, es richtig zu machen.
Aus Tabelle 1 der "Measurement and Reporting Practices for Automatic Agricultural Weather Stations" geht hervor, dass die interne Messsequenz von ATMOS 41 den Richtlinien für die Abtastintervalle für die aufgeführten Wettervariablen entspricht. Der Datenlogger ZL6 kann so konfiguriert werden, dass er stündlich Werte meldet, wie in Tabelle 1 angegeben; allerdings sind einige Min-/Max-Sofortwerte nicht verfügbar, wenn Sie die ZL6 für die Datenerfassung und -ausgabe verwenden. Einzelheiten zu den in METER-Datenloggern verarbeiteten Ausgabewerten finden Sie im Benutzerhandbuch ATMOS 41.
Der ATMOS 41 ist ein Mikroklimasensor. Sie sollten ihn also so positionieren, dass er für das Klima repräsentativ ist, das für die von Ihnen gestellten Forschungsfragen relevant ist. Die FAO56 gibt Richtlinien für die Positionierung und Feldgröße von Sensoren vor. Wenn Sie also beabsichtigen, den Sensor für Referenz-ET zu verwenden, sollten Sie diese Richtlinien befolgen. Die Grundfläche einer mikrometeorologischen Messung hängt von der Höhe des Sensors/der Sensoren, der Windgeschwindigkeit und dem fühlbaren Wärmestrom ab und ist keine einfache Berechnung.
ZL6 führt alle 60 Sekunden eine Messung an jedem der verwendeten Sensoranschlüsse durch. Das Mindestmessintervall beträgt jedoch fünf Minuten für das Hochladen von Daten auf ZENTRA Cloud . Ein einminütiges Messintervall ist möglich, wenn Sie das Hochladen von Daten auf ZENTRA Cloud deaktivieren.
Das ATMOS 41 misst die Sonneneinstrahlung und Temperatur einmal alle 10 s und zeichnet die Momentanwerte auf. Bei einer Abfrage gibt das ATMOS 41 den Durchschnitt der momentanen Messungen seit der letzten Abfrage aus.
Das ATMOS 41 misst die Windgeschwindigkeit und -richtung einmal alle 10 s und zeichnet die momentanen Windvektorkomponenten auf. Bei Abfrage gibt das ATMOS 41 den Durchschnitt der momentanen Messungen seit der letzten Abfrage für Windgeschwindigkeit und -richtung und den maximalen momentanen Windgeschwindigkeitswert für Windböen aus.
Wenn Sie einen Logger verwenden, der nicht von METER stammt, kann die ATMOS 41 alle drei Sekunden abgetastet werden, aber es ist nicht notwendig, die ATMOS 41 zu überabtasten und Mittelwerte, Akkumulationen und Maxima in externen Datensystemen zu berechnen, da die ATMOS 41 über eine interne Messsequenz verfügt [weitere Informationen finden Sie in der Anleitung für Integratoren ]. Weniger häufige Abtastungen haben den zusätzlichen Vorteil, dass der Stromverbrauch von Datenerfassungssystemen und ATMOS 41 reduziert wird.
Ja. Es gibt keine Möglichkeit, aussagekräftige Daten vom ATMOS 41 zu erhalten, ohne es kontinuierlich mit Strom zu versorgen und die interne Messsequenz laufen zu lassen. Das ATMOS 41 könnte in einem bestimmten Intervall eingeschaltet werden, um die erste Messreihe durchzuführen und diese dann auszugeben. Bei diesem Schema würden jedoch fast alle Niederschläge und Blitze übersehen und es würde nur ein einziger Momentanwert der Windgeschwindigkeit und -richtung erfasst, der angesichts der inhärenten Schwankungen des Windes nahezu bedeutungslos ist. Zu beachten ist, dass das ATMOS 41 speziell dafür entwickelt wurde, im normalen Dauerbetrieb so wenig Strom wie möglich zu verbrauchen. Der durchschnittliche Stromverbrauch liegt in der Größenordnung von 200 Mikroampere. Selbst wenn das Nicht-METER-Datenerfassungsgerät nur mit ein paar AA-Zellen betrieben wird, sollte es in der Lage sein, diesen Stromverbrauch für eine sehr lange Zeit zu halten.
Sehen Sie hier ATMOS 41 Vergleichstests und Daten zur Variabilität von Sensor zu Sensor.
Die praktische Untergrenze für die Windgeschwindigkeit liegt bei unserem Schallanemometer bei etwa 0,03 m/s. Das ist viel besser als z.B. bei Schalenanemometern, die aufgrund von Start- und Stoppschwierigkeiten nur schwer Messungen unter 0,5 m/s durchführen können. Schallanemometer können fünfmal niedriger messen, aber sie zeigen nicht unbedingt den absoluten Nullpunkt an.
The ATMOS 41 collects all of the information necessary to correct for absorbed radiation in a biophysical model. Because the ATMOS 41 also measures wind speed and solar radiation, it is possible to use a simple energy balance calculation to correct the Tair measurement. After correction, error decreases to < 0.5 °C and yields better accuracy than commonly used passive ventilation radiation shields.
Die Gleichung und die experimentellen Ergebnisse finden Sie in unserer Anwendungsnotiz und in dem Video unten.
1. Standort: Vergewissern Sie sich, dass der Standort, den Sie für ein Wetterüberwachungssystem wählen, Ihnen Antworten auf die Fragen gibt, die Sie beantwortet haben möchten. Wenn Sie eine allgemeine Wetterbeobachtung wünschen, stellen Sie sicher, dass der Standort weit (mindestens 3X Höhe des höchsten Hindernisses) von jeglichen Windhindernissen entfernt ist. Vergewissern Sie sich, dass die Vegetation repräsentativ ist, und stellen Sie sicher, dass die topographische Lage repräsentativ ist. Dächer sind im Allgemeinen ziemlich schlecht, ebenso wie tiefe Täler oder Bergkuppen. Wenn Sie nach einer Referenz-ET suchen, sollten Sie die Anlage auf einem Feld aufstellen, das auf allen Seiten mindestens ein paar Meter Bewuchs aufweist. Stellen Sie außerdem sicher, dass nichts den Sonneneinstrahlungssensor beschattet.
2. Höhe: Viele Gruppen montieren das ATMOS 41 in 2 m Höhe, weil dies die Norm für die Referenz-Evapotranspiration ist. Andere gehen für meteorologische Beobachtungen höher. Einige setzen das Gerät für spezielle Forschungsfragen sogar in der Baumkrone ein. Sie können das Gerät problemlos in jeder gewünschten Höhe aufstellen, solange Sie die richtige Montagevorrichtung haben.
3. Montagevorrichtung: Das ATMOS 41 ist für die Montage an einer vertikalen Stange vorgesehen (die genauen Abmessungen finden Sie im Benutzerhandbuch und in der Schnellstartanleitung ). Er wird häufig an einem vertikalen Mast aufgestellt, der entweder mit Abspannseilen oder einem hochwertigen Stativ verankert ist. Manche montieren ihn sogar auf T-Pfeilern, vorzugsweise mit einigen Abspanndrähten für zusätzliche Stabilität.
4. Niveau: Dies ist wichtig für das ATMOS 41. Sie müssen es sowohl in X als auch in Y auf 2 Grad genau ausrichten. Unter dem Regentrichter befindet sich eine Wasserwaage, die Sie von unten sehen und zum Ausrichten verwenden können. Die ATMOS 41 gibt auch die X- und Y-Wasserwaage als Standardausgang aus, so dass Sie sicherstellen können, dass Sie innerhalb von 2 Grad von Null liegen. Sie müssen die Abspanndrähte verwenden, um die Montagevorrichtung waagerecht zu ziehen oder einige Unterlegscheiben hinzufügen, um eine korrekte Nivellierung zu erreichen.
5. Überprüfen Sie den Datenfluss, bevor Sie das Feld verlassen: Nehmen Sie einen Laptop (oder ein Handheld-Gerät, wenn Sie den ZL6 Datenlogger verwenden) und die richtige Software mit, um sicherzustellen, dass alle Verbindungen einwandfrei sind und dass Ihr Datenerfassungssystem die Daten ordnungsgemäß aufzeichnet und/oder überträgt. Am besten richten Sie alles zuerst im Labor oder im Büro ein, beheben alle Probleme und gehen dann ins Feld.
6. Nehmen Sie immer einen kompletten Werkzeugsatz mit: Sie wissen nie genau, was Sie bei der Fehlersuche in bestimmten Situationen brauchen werden.
7. Bringen Sie die Drähte in Ordnung: Die größte Fehlerquelle für Umweltsensoren in einem Wetterüberwachungssystem ist die Verkabelung. Wenn Sie ein zusätzliches Kabel mit einem Kabelbinder am Befestigungsmast befestigen, können Sie verhindern, dass es von Tieren eingeklemmt oder im Wind herumgepeitscht und vom Datenlogger getrennt wird. Wenn Sie die Möglichkeit haben, die Kabel in einem Käfig oder einem anderen Behältnis zu schützen, ist das großartig. All diese Dinge lassen die Installation professioneller aussehen, was ein zusätzlicher Bonus ist.
8. Für mehr Informationen: Sehen Sie sich das folgende Webinar an - 7 Fehler bei der Installation von Wetterstationen, die Sie vermeiden sollten
Unsere Wissenschaftler verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Unterstützung von Forschern und Landwirten bei der Messung des Kontinuums zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre.
Wir haben einen Vergleichstest zwischen ATMOS 41 und hochwertigen, für die Forschung geeigneten Nicht-METER-Sensoren durchgeführt und Zeitserientests für die Variabilität der einzelnen Sensoren durchgeführt. Hier sind die Ergebnisse.
Ein Vergleich der gängigen Wetterüberwachungsmethoden, Vor- und Nachteile und welche Technologie für verschiedene Arten von Feldforschung geeignet ist.
Die Kombination von Labor- und Feldinstrumenten liefert den Forschern eine Symphonie von Informationen und kann als leistungsstarkes Werkzeug zum Verständnis der Daten und zur Vorhersage des Bodenverhaltens im Laufe der Zeit eingesetzt werden.
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