¶ Εισαγωγή
Ενώ αρκετές μέθοδοι είναι διαθέσιμες (Eddy covariance) για τον προσδιορισμό ροών θερμότητας, οι Σπινθηρογράφοι μεγάλου διαφράγματος (Large Aperture Scintillometers - LAS) χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο, δεδομένης της ικανότητας τους να μετρούν την Αισθητή και Λανθάνουσα ροή θερμότητας σε μεγάλη χωρική κλίμακα[1]. Η σπινθηρογραφία είναι μια εναλλακτική μέθοδος προσδιορισμού της ροής θερμότητας, με βασικό πλεονέκτημα το μεγάλο εύρος μέτρησης, από λίγα εκατοντάδες μέτρα έως 10 km[2], το οποίο την καθιστά κατάλληλη για την μακρόχρονη επαλήθευση αποτελεσμάτων προσομοιώσεων και τηλεπισκοπικών προϊόντων επιφανειακής ροής θερμότητας[3].
¶ Εφαρμογή
Ένας σπινθηρογράφος μεγάλου διαφράγματος αποτελείται από έναν πομπό, o οποίος στέλνει ένα ηλεκτρομαγνητικό σήμα σε έναν αποδέκτη, ενώ ο τελευταίος καταγράφει την ένταση του σήματος από απόσταση. Καθώς το σήμα διαδίδεται στην ατμόσφαιρα προς τον αποδέκτη, παραμορφώνεται από ατμοσφαιρικές τυρβώδεις δίνες. Η παραμόρφωση προσδιορίζεται ως μεταβολή στη ένταση του σήματος που καταγράφεται από τον αποδέκτη του σπινθηρογράφου. Οι ατμοσφαιρικές δίνες προέρχονται από διατμητικούς ανέμους, οι οποίοι πολύ συχνά συνδέονται με έντονες μεταβολές της θερμοκρασίας, από ροές θερμότητας του εδάφους, δημιουργούμενες από την ηλιακή ακτινοβολία η οποία προσπίπτει στην επιφάνεια του εδάφους, και από τυρβώδεις αναταράξεις προκαλούμενες από δένδρα[4]. Συνδυάζοντας τις θεωρητικές αρχές των ατμοσφαιρικών αναταράξεων με την φυσική διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων δύναται να προσδιοριστούν οι επιφανειακές ροές θερμότητας.
Στο εμπόριο υπάρχουν διαθέσιμοι δύο είδη σπινθηρογράφων, οι οπτικοί και οι μικροκυματικοί, οι οποίοι εκπέμπουν σήματα σε διαφορετικό μήκος κύματος. Οι οπτικοί σπινθηρογράφοι έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως και αποδεικνύεται πως οι μετρήσεις τους συμβαδίζουν με αυτές των δορυφόρων και της EC μεθόδου σε ποικίλα ανάγλυφα, ενώ επαληθεύονται και από τις προσομοιώσεις υδρολογικών μοντέλων[5],[6],[7],[8]. Οι μετρήσεις των μικροκυματικών σπινθηρογράφων παρουσιάζουν ευαισθησία στις μεταβολές της ατμοσφαιρικής υγρασίας και της θερμοκρασίας, και συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τους οπτικούς σπινθηρογράφους.
¶ Βιβλιογραφία
- Yee, M. S., Pauwels, V. R., Daly, E., Beringer, J., Rüdiger, C., McCabe, M. F., & Walker, J. P. (2015, November). A comparison of optical and microwave scintillometers with eddy covariance derived surface heat fluxes. Agricultural and Forest Meteorology, 213, 226–239. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2015.07.004
- Samain, B., Defloor, W., & Pauwels, V. R. N. (2012, April 1). Continuous Time Series of Catchment-Averaged Sensible Heat Flux from a Large Aperture Scintillometer: Efficient Estimation of Stability Conditions and Importance of Fluxes under Stable Conditions. Journal of Hydrometeorology, 13(2), 423–442. https://doi.org/10.1175/jhm-d-11-030.1
- Hemakumara, H., Chandrapala, L., & Moene, A. F. (2003, February). Evapotranspiration fluxes over mixed vegetation areas measured from large aperture scintillometer. Agricultural Water Management, 58(2), 109–122. https://doi.org/10.1016/s0378-3774(02)00131-2
- Stull, R. B. (1988, January 1). An Introduction to Boundary Layer Meteorology. https://doi.org/10.1023/b128460
- Brunsell, N. A., Ham, J. M., & Arnold, K. A. (2011, July 22). Validating remotely sensed land surface fluxes in heterogeneous terrain with large aperture scintillometry. International Journal of Remote Sensing, 32(21), 6295–6314. https://doi.org/10.1080/01431161.2010.508058
- Liu, S., Xu, Z., Zhu, Z., Jia, Z., & Zhu, M. (2013, April). Measurements of evapotranspiration from eddy-covariance systems and large aperture scintillometers in the Hai River Basin, China. Journal of Hydrology, 487, 24–38. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.02.025
- Meijninger, W. M. L., Hartogensis, O. K., Kohsiek, W., Hoedjes, J. C. B., Zuurbier, R. M., & De Bruin, H. A. R. (2002, October). Determination of Area-Averaged Sensible Heat Fluxes with a Large Aperture Scintillometer over a Heterogeneous Surface – Flevoland Field Experiment. Boundary-Layer Meteorology, 105(1), 37–62. https://doi.org/10.1023/a:1019647732027
- Pauwels, V. R., Timmermans, W., & Loew, A. (2008, February). Comparison of the estimated water and energy budgets of a large winter wheat field during AgriSAR 2006 by multiple sensors and models. Journal of Hydrology, 349(3–4), 425–440. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.11.016
Εικόνα 1. Σπινθηρογράφοι μεγάλου διαφράγματος (Πηγή: https://www.scintec.com/catalogs/large-aperture-scintillometers/)