Fluid dynamic design and experimental study of an aspirated temperature measurement platform used in climate observation

Abstract

Due to the solar radiation effect, current air temperature sensors inside a thermometer screen or radiation shield may produce measurement errors that are 0.8 °C or higher. To improve the observation accuracy, an aspirated temperature measurement platform is designed. A computational fluid dynamics (CFD) method is implemented to analyze and calculate the radiation error of the aspirated temperature measurement platform under various environmental conditions. Then, a radiation error correction equation is obtained by fitting the CFD results using a genetic algorithm (GA) method. In order to verify the performance of the temperature sensor, the aspirated temperature measurement platform, temperature sensors with a naturally ventilated radiation shield, and a thermometer screen are characterized in the same environment to conduct the intercomparison. The average radiation errors of the sensors in the naturally ventilated radiation shield and the thermometer screen are 0.44 °C and 0.25 °C, respectively. In contrast, the radiation error of the aspirated temperature measurement platform is as low as 0.05 °C. This aspirated temperature sensor allows the radiation error to be reduced by approximately 88.6% compared to the naturally ventilated radiation shield, and allows the error to be reduced by a percentage of approximately 80% compared to the thermometer screen. The mean absolute error and root mean square error between the correction equation and experimental results are 0.032 °C and 0.036 °C, respectively, which demonstrates the accuracy of the CFD and GA methods proposed in this research.

Calibração E Desempenho Do Abrigo Meteorológico De Baixo Custo Em Condições De Campo

“…Nesse sentido, Yang et al, (2016) destacam que a baixa velocidade do vento associada a alta radiação podem causar erros na medição de temperatura do ar. Diante disso, a autora ainda ressalta que a circulação de ar dentro do abrigo meteorológico é importante para evitar os erros de medição e o tempo de resposta do abrigo.…”

“…Os desvios de temperatura entre os dois abrigos são maiores no período de aquecimento, apresentando o máximo de desvio às 12h00min, ou seja, no período em que ocorre o aquecimento do ABC. Nessa perspectiva, Yang et al, (2016) colocam que o maior erro de medição da temperatura do ar é no período de maior fluxo de radiação solar. Os autores também colocam que a altitude é um importante fator no erro de medição.…”

“…Os abrigos meteorológicos são utilizados como uma blindagem contra a radiação de onda curta, chuva e intemperes (OMM, 2012). Nesse sentido, Yang et al, (2016) colocam que, devido ao sensor e a estrutura do abrigo, podem ocorrer erros de medição de até 0,8ºC. Assim, o fluxo do ar, o regime de radiação e o revestimento do material influenciam sobre o erro de medição da temperatura do ar.…”

“…Os modelos de abrigos meteorológicos mais usuais são, a tela de Stevenson (ROJAS; GILETE; MAZON, 2014; DOBRE; SETAN; MERLONE, 2018), o modelo de ventilação natural (HUBBARD;LIN, 2003;ARMANI; e o modelo de ventilação aspirado (TARARA;HOHEISEL, 20107;YANG et al, 2016). Assim, alguns autores vêm testando e comparando esses três modelos de abrigos, a fim de apresentar os que têm o menor erro na medição da temperatura do ar.…”

“…Assim, alguns autores vêm testando e comparando esses três modelos de abrigos, a fim de apresentar os que têm o menor erro na medição da temperatura do ar. Yang et al, (2016) analisaram os três modelos de abrigos meteorológicos para obter o melhor modelo, em função do erro de medição da temperatura do ar. Bernard et al, (2019) compararam 18 tipos de abrigos meteorológicos, entre os quais estão modelos de estações meteorológica automáticas (Gill), modelos oficiais de estação meteorológica convencional (tela de Stevenson) e modelos de ventilação forçada, chamado pelo autor de modelos híbridos.…”