|
Bodemtemperatuur -
hoofdstuk 11
|
|
|
| Benaming van de grootheid |
| Algemene benaming: Bodemtemperatuur |
| Internationale aanduiding: Soil temperature |
| |
| Definitie; omschrijving van het begrip |
| |
De temperatuur in de bovenste laag van de aardkorst, kortweg aangeduid met bodem, volgt in hoge mate de ontwikkeling in het weer.
Door beschijning van de zon warmt de toplaag van de bodem op. Deze warmte wordt vervolgens verdeeld over latente en voelbare warmte
in de atmosfeer en deels doorgeleid naar diepere bodemlagen. Hierdoor ontstaat tot een zekere diepte een temperatuurprofiel, dat door metingen zichtbaar wordt gemaakt. |
| |
De bodemtemperatuur volgt in hoge mate de dagelijkse en jaarlijkse gang van de zon. Middels toepassing van de wet van behoud van energie
en een lineaire vergelijking, die de samenhang een sinusoïdale golf, waarvan de amplitude met de diepte afneemt. Tot een diepte van 20 cm
beneden maaiveld is de dagelijkse gang van de zon nog goed te herkennen. Op grotere diepte is de amplitude van de dagelijkse gang dusdanig gedempt, dat deze nauwelijks nog in het dagelijks temperatuurverloop zichtbaar is. De jaarlijkse gang is dan nog wel zichtbaar. Onder 1 m
beneden het maaiveld blijkt ook de jaarlijkse gang snel uit te dempen, waardoor op deze diepte een vrijwel constante temperatuur heerst.
In onze streken bedraagt deze ca. 10 °C. Op grotere diepten, meer op geologische schaal doet de invloed van de temperatuur van de aardkern
zich gelden. Bestudering van dit fenomeen wordt met de metingen van het KNMI niet beoogd. |
| |
De thermische eigenschappen van de bodem worden beschreven met een warmtegeleidingscoëfficiënt en de warmtecapaciteit. Beide parameters
zijn sterk afhankelijk van de bodemsamenstelling en –structuur. Vooral het vochtgehalte is van grote invloed. Omdat vochtgehalte nogal sterk
afhangt van neerslag en verdamping, zijn deze parameters door het jaar genomen verre van constant. Voor de fysische definitie van temperatuur wordt verwezen naar Hoofdstuk 2 van dit Handboek. |
| |
| Eenheden |
De kelvin (symbool: K) is de eenheid van thermodynamische temperatuur, een van de zeven basiseenheden van het SI-stelsel.
De definitie van de kelvin-temperatuurschaal bestaat uit twee delen: |
| |
1:
0 K is gelijk aan het absolute nulpunt,
de laagste temperatuur die theoretisch
bereikbaar is (alle moleculaire beweging is
bij deze
temperatuur afwezig). |
| |
2:
1 K is het 1/273,16e deel van de
thermodynamische temperatuur van het
tripelpunt van water.
Dit tripelpunt ligt 0,01 °C (graden Celsius)
hoger dan het smeltpunt van ijs.
Vandaar dat
in
de omrekening naar graden Celsius de
waarde -273,15 gebruikt wordt, want 0 °C is
gedefinieerd als de temperatuur van smeltend
ijs in water bij p = p0. |
| |
De schaal van Kelvin is in feite afgeleid van de schaal van Celsius, met een ander nulpunt. De Celsiusschaal kan worden uitgedrukt in kelvin
maar er is een belangrijk verschil. In de thermodynamica kent men het begrip thermische energie. Grofweg is dat de energie die in de thermische beweging van de moleculen opgeslagen is. Deze energie is evenredig met de absolute temperatuur T: |
| |
| Celsius |
Formeel is afgesproken dat temperaturen in de SI-eenheid kelvin worden uitgedrukt. In bepaalde gevallen, bijvoorbeeld bij het aangeven van
de buitentemperatuur in een weerbericht, worden echter graden Celsius (°C) gebruikt, enerzijds omdat men dit gewend is en anderzijds omdat
met behulp van deze eenheid de temperatuur in handzamere getallen kan worden uitgedrukt. In de Verenigde Staten en Jamaica wordt meestal
de schaal van Fahrenheit gebruikt. |
| |
Oorspronkelijk was de Celsiusschaal gedefinieerd met twee ijkpunten:n handzamere getallen kan worden uitgedrukt. In de Verenigde Staten
en Jamaica wordt meestal de schaal van Fahrenheit gebruikt. Oorspronkelijk was de Celsiusschaal gedefinieerd met twee ijkpunten: |
| |
| 1: de temperatuur waarbij water bevriest bij een luchtdruk van 1 bar is gedefinieerd als 0 °C; |
| 2: de temperatuur waarbij water kookt bij een luchtdruk van 1 bar is gedefinieerd als 100 °C. |
| |
| Het bereik hiertussen wordt verdeeld in 100 gelijke delen. |
| |
Omdat zowel het vriespunt van water als het kookpunt afhankelijk is van de heersende luchtdruk ontstond op termijn behoefte aan een
betere definitie. Sindsdien is de schaal van Celsius gedefinieerd door de volgende twee punten: |
| |
1: het tripelpunt van water ligt per definitie bij 0,01 °C; het verschil tussen twee graden is gedefinieerd aan de hand van het gedrag van
een ideaal gas. |
2: Het tripelpunt is een punt waar de drie fasen van water (gas, vloeistof en vaste stof) bij elkaar kunnen bestaan. Het tripelpunt is een
vaste combinatie van temperatuur en druk. |
|
| Beschrijving van de variabelen |
| |
| In de meteorologie en de klimatologie wordt de grootheid temperatuur weergegeven in graden Celsius. In deze vakgebieden wordt de grootheid temperatuur, enigszins verwarrend met de thermodynamische aanduiding, aangeduid met de hoofdletter “T". |
|
| bodemtemperatuur |
De bodemtemperatuur is de actuele temperatuur die wordt bepaald op een zekere diepte beneden het aardoppervlak. In het KNMI betreft
het 5 dieptes, te weten resp. 5, 10, 20, 50 en 100 cm beneden het aardoppervlak. |
|
| maximum bodemtemperatuur |
De maximum bodemtemperatuur is de hoogst bereikte bodemtemperatuur (op resp. 5 en 10 cm diepte) in een tijdvak van 6 uur
(voor het KNMI geldt: tussen 00 en 06, 06 en 12, 12 en 18, 18 en 00 UTC). |
|
| minimum bodemtemperatuur |
De minimum bodemtemperatuur is de laagst bereikte bodemtemperatuur (op resp. 5 en 10 cm diepte) in een tijdvak van 6 uur
(voor het KNMI geldt: tussen 00 en 06, 06 en 12, 12 en 18, 18 en 00 UTC) |
Als standaardsensor voor de operationele metingen temperatuur op 150 cm c.q 10 cm boven het aardoppervlak (maaiveld) gebruikt het knmi
een platina weerstandselement (Pt 500), welke geplaatst is in de top van een zgn. temperatuur meetnaald van roestvrij staal. Gekozen is
voor een vrij hoge weerstandswaarde (500 Ohm), omdat hierbij de warmtedissipatie gering genoeg is om met de vereiste onzekerheid
van <0,1 °C te kunnen meten (met een 100 Ohm Pt element is dit namelijk niet mogelijk). |
 |
| Opstelling grondtemperatuurmeters |
|
|
|
| |
Om ervoor te zorgen dat de warmtelekken van sensor naar meetdraden minimaal is, is de sensor en de verdere bedrading aan elkaar gesloten
via manganine bedrading, dat warmte slecht geleid. Gebruik wordt gemaakt van vier draads meettechniek omdat daarmee significante
systematische fouten worden voorkomen, die kunnen optreden door thermo-elektrische effecten, stroomlekken of te grote extra weerstand
door lange bedrading. De kwaliteit van het Pt500 element is zodanig dat binnen het gestelde bereik de systematische fout, uitgedrukt in °C,
niet groter is dan 0,05 °C. |
| |
De temperatuur meetnaald wordt horizontaal in de bodem geplaatst op de beoogde diepte beneden het oppervlak. Het instrument is
kalibreerbaar met een onzekerheid van <0,1°C. Het meetbereik is -30 tot +40°C. met een resolutie van 0,1 °C.. |
| |
| Opstellingseisen en
omgevingscondities |
| |
De directe omgeving van de plaats waarin de bodemthermometers zijn gemonteerd (=75 m2) dient vlak en onbedekt te zijn en maximaal
begroeid te zijn met kort gras met een maximale hoogte van 10 cm. |
| |
De bodem is ongeroerde grond. Er mogen geen obstakels in de buurt staan, die langdurige schaduwing zouden kunnen veroorzaken.
De bodemmaterie en -structuur is representatief voor het betreffende gebied. In de stationsbeschrijving zal een indicatie gegeven moeten
worden van de eventuele bodembedekking (begroeiing) en de bodemeigenschappen: soort, vochtigheid e.d. |
| |
De installatie en de plaatsing van sensoren c.q. de vervanging van sensoren geschieden volgens de instructies zoals beschreven in het protocol
voor de plaatsing van sensoren bodemtemperatuurmetingen. Een belangrijk hulpmiddel bij de installatie is de zogeheten prikmal, die beschreven wordt in de bijlage. Tijdens de installatie dient er een bodemkundige opname plaats te vinden, welke onderdeel is van het installatieverslag. |
| |
Indien de bodem van het meetterrein bedekt is met sneeuw, is dit geen bezwaar, mits er sprake is van representativiteit (dwz dat er sprake is
van grootschalige sneeuwbedekking) |
| |
|
Bronnen: KNMI handboek waarnemen
hoofstuk-11 - Versie 2000 |
| |
|
| Vierkant gat 120cm diep |
|
|
|
| Plaatsing sensors in de grond |
|
|
 |
| Beschermkap over de sensors |
|
 |
| Het dicht maken |
|
|
 |
| Afmonteren aansluitkast |
|
|
 |
| Bodemtemperatuur klaar voor gebruik |
|
|
|
|
|
|
|
