Un diverso approccio sulla correzione delle temperature con le stazioni poco schermate

[Raffaello]

Ero alla ricerca di un metodo per migliorare le performances della nostra WS80 della Ecowitt che ritengo un'ottima stazione a basso prezzo.
Mi sono così imbattuto nelle pagine web che spiegavano i pregi della stazione all-in-one chiamata: ATMOS 41.

In particolare, la pagina web
Weather station comparison and peformance testing | METER Research

e soprattutto il manuale
http://library.metergroup.com/Manual...Manual_Web.pdf

spiegano che il sensore di temperatura fosse un trasduttore sistemato al centro dell'area dell'anemometro ultrasonico:

"A differenza della maggior parte delle altre stazioni meteorologiche, il sensore della ATMOS 41 non è coperto da schermi per proteggerlo dal riscaldamento solare. Invece, si trova all'aria aperta,suscettibile al riscaldamento solare del corpo dello strumento. Tuttavia, ATMOS 41 calcola latemperatura dell'aria in modo accurato perché sono note la radiazione solare e la velocità del vento. Questi sono i due parametri principali che determinano l'errore tra la temperatura dell'aria misurata e la temperatura effettiva dell'aria. Pertanto, è possibile conoscere il bilancio energetico e ottenere quale dovrebbe essere la temperatura effettiva, in base all'apporto dei raggi UV sul corpo corpo e del raffreddamento convettivo de sensore di temperatura."

Sebbene la nostra WS80 avesse una piccola schermatura del sensore di temperatura, sappiamo bene quanto possa non essere efficace, così ho provato ad applicare la formula (11) del bilancio energetico
utilizzando i parametri nella tabella 2 del manuale ATMOS41 a cui poi, ho aggiunto i dati provenienti dalla stazione WS-80.
In particolare, ho provato a vedere cosa sarebbe successo alla massima temperatura registrata del 05/01/2020

WS-80
Wind speed quando max temp = 0.69 m/s
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- Utilizzo delle dimensioni reali dell'SHT3x = 0,9mm - dimensioni del sensore, non del chip che è 2,5*2,5mm
- Usato 352,3 come valore fisso di radiazione solare
------------------------------------------------------------
as = 0.295
d(m) = 0,0009 ( 0,9mm )
K = 0.0984
cp = 29.3
U = 0.69m/s
Solar rad fissa = 352.3 w/m2


Risultato finale:
Temp corrected = Temp max - correzione = 17.1 - 1,3 = 15,8
Davis max = 17.2
TS-100 max = 15.3
Mhelix max = 15.5
WH31 in schermo BGT max = 16.8
WS-80 max not corrected = 17.1
WS-80 max corrected = 15.8

Se avessi usato il vero valore di radiazione solare delle ore in cui è avvenuta quella temperatura ore 13:48 = 145,5 w/m2
(NOTA: qui si è avuta la temperatura massima del giorno ma non è avvenuto quando la radiazione solare era al massimo, ormai era già calante)
WS-80 max corrected = 16,6
---------------------------------------------------------------------------------

Riprovo i calcoli con un altro orario 11:36 = 277 w/m2
(NOTA: qui si è avuto il massimo della radiazione solare ma il sensore si stava ancora riscaldando)
Davis = 15,5
TS-100 = 14,3
Mhelix = 15,1
WH31 in schermo BGT max = 16.2
WS-80 not corrected: 15.5

WS-80 corrected = 14,4 con fattore di correzione = 1,1

--------------------------------------------------------------------------------
Ancora un altro test. 15:48 = 3,63 w/m2

Davis = 10,5
TS-100 = 9,9
Mhelix = 11,4
WH31 in schermo BGT max = 10,3
WS-80 not corrected: 10,1

WS-80 corrected = 10,09 con fattore di correzione = 0,01


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Per maggiori informazioni su come funziona il bilancio energetico alla superficie del nostro pianeta, vi rimando a questo articolo: http://bolchem.isac.cnr.it/data/docs/l10_14.pdf
Si potrebbero fare ulteriori modifiche alla formula per utilizzarla nel contesto WS80 vista la presenza della schermatura embrionale.

[Raffaello]

Secondo me si possono tranquillamente utilizzare i valori correntemente letti di vento e radiazione solare, senza fare ulteriori correzioni.
Pensate alla Ecowitt che inserisce nel firmware del WS80 questa correzione e poi, tramite software, si può decidere se usare o meno la formula del bilancio energetico.

Diventerebbe veramente una ottima stazione.

L'unica differenza apportata rispetto ai valori della tabella 2 del manuale è la dimensione del sensore che è diventata:

d(m) = 0,0009 ( 0,9mm )

Mi ripropongo però di ottimizzare il parametro as che indica l'assorbibilità della superficie della WS80 alle radiazioni solari.

Absorptivity - an overview | ScienceDirect Topics

[capriccio]

Secondo me si possono tranquillamente utilizzare i valori correntemente letti di vento e radiazione solare, senza fare ulteriori correzioni.
Pensate alla Ecowitt che inserisce nel firmware del WS80 questa correzione e poi, tramite software, si può decidere se usare o meno la formula del bilancio energetico.

Diventerebbe veramente una ottima stazione.

L'unica differenza apportata rispetto ai valori della tabella 2 del manuale è la dimensione del sensore che è diventata:

d(m) = 0,0009 ( 0,9mm )

Allora, conoscevo la atmos, conoscevo, seppur a grandi linee come funzionava il sistema di correzione e bilancio energetico, peraltro necessario visto com'è costruita la atmos e dove è stato posizionato il sensore di temperatura, ma mai avrei pensato a poter estendere la soluzione in altri contesti e con altre stazioni.

Raffaello, è una cosa geniale, assolutamente da portare avanti, e cerchiamo di adottarla come sistema di controllo, io lo farò da oggi, se ho bisogno di qualche chiarimento ti chiederò, purtroppo solo la primavera inizierà a darci conferme certe ma, se dovesse andare in un certo verso è ovvio che faremo modificare il firmware in tal senso e, credo, che potrebbe essere esteso a tutti i gruppi AIO di Fine Offset

edit
per chi, come me, non è bravissimo con le formule, e per rendere il calcolo più agevole, pensi si possa realizzare un semplice foglio elettronico ove sia sufficiente riempire i campi per ottenere il dato?

Ancora complimenti Raffaello, ieri sera non ho potuto leggere perchè avevo gente, ho letto solo ora, grande

Mauro

[Raffaello]

Ciao Mauro,
si, non solo si può usare un semplicissimo foglio excel ma in più ho inserito la temperatura corretta nella solita pagina del Confronto dei sensori: Confronto stazioni meteorologiche - weather stations comparison - Ku band rainfall rate

Man mano che ottimizzerò la formula si vedrà sempre meglio il suo risultato.

Ora sono in partenza ma mi riprometto di fare un foglio excel o se qualcuno volesse provarci, farebbe cosa gradita.

[capriccio]

Ciao Mauro,
si, non solo si può usare un semplicissimo foglio excel ma in più ho inserito la temperatura corretta nella solita pagina del Confronto dei sensori: Confronto stazioni meteorologiche - weather stations comparison - Ku band rainfall rate

Man mano che ottimizzerò la formula si vedrà sempre meglio il suo risultato.

Ora sono in partenza ma mi riprometto di fare un foglio excel o se qualcuno volesse provarci, farebbe cosa gradita.

Ca..o!
per fortuna ho corretto
io non sono capace ma ci provo, comunque raf è veramente una roba geniale, anche se non farina diretta del tuo sacco, sei sempre al top

Mauro

[zoomx]

@Raffaello
sei fonte di innumerevoli ispirazioni.

Avere un algoritmo del genere già nel firmware sarebbe comodo ma è sempre possibile implementarselo a parte.

Mentre ci rimuginavo su mi è venuto in mente che forse è possibile realizzare un algoritmo a scatola nera (significa che ti da il numero che ti serve ma non ti permette di capire come i parametri influenzano il risultato) usando le reti neurali (a dispetto del nome sarebbe una sorta di interpolatore universale, un algoritmo che si adatta a numerose serie di dati), quindi l'algoritmo apprenderebbe da una serie passata e sarebbe possibile affinarlo nel tempo. A quanto ho capito gli unici dati variabili sono la temperatura misurata, la radiazione solare e il vento. L'umidità non sembra entrare nel conto. Quindi 3 o 4 neuroni in ingresso e uno in uscita, la temperatura corretta. I neuroni nascosti potrebbero andare da 1 a 3, visto le dimensioni ridotte si potrebbe provare con tutte le combinazioni.
Una rete così piccola è poi a portata di un microcontrollore ad 8 bit persino per l'apprendimento.

[capriccio]

@Raffaello
sei fonte di innumerevoli ispirazioni.

Avere un algoritmo del genere già nel firmware sarebbe comodo ma è sempre possibile implementarselo a parte.

Mentre ci rimuginavo su mi è venuto in mente che forse è possibile realizzare un algoritmo a scatola nera (significa che ti da il numero che ti serve ma non ti permette di capire come i parametri influenzano il risultato) usando le reti neurali (a dispetto del nome sarebbe una sorta di interpolatore universale, un algoritmo che si adatta a numerose serie di dati), quindi l'algoritmo apprenderebbe da una serie passata e sarebbe possibile affinarlo nel tempo. A quanto ho capito gli unici dati variabili sono la temperatura misurata, la radiazione solare e il vento. L'umidità non sembra entrare nel conto. Quindi 3 o 4 neuroni in ingresso e uno in uscita, la temperatura corretta. I neuroni nascosti potrebbero andare da 1 a 3, visto le dimensioni ridotte si potrebbe provare con tutte le combinazioni.
Una rete così piccola è poi a portata di un microcontrollore ad 8 bit persino per l'apprendimento.

Grazie zommx per il contributo, certamente le possibilità di approccio sono varie, e sia tu che Raffaello avete le competenze tecniche per poterle valutare al meglio

fatto sta che, seppur a livello ancora primordiale, la cosa sta funzionando, ci sono da sistemare parecchie cose ma i primi dati sono già MOLTO rincuoranti

Schermata del 2020-01-06 11.10.18.jpeg

Mauro

[snow]

Letto ieri sera, ma ho preferito prendermi del tempo per leggere tutta la documentazione. Trattasi di un metodo empirico, da affinare tramite costanti confronti con un dato di riferimento e solo voi avete la strumentazione per fare ciò.
In linea teorica, l'equazione da adottare dipende dalle caratteristiche della stazione, o meglio del termoigrometro, pertanto per ciascuna stazione (sto pensando ad un'applicazione anche per la VP2 e la VUE, che in questo senso possono essere considerate stazioni all-in-one) andrebbero fatti gli stessi esperimenti in modo da ottenere l'equazione specifica.

[Raffaello]

@zoomx
Il semplicissimo software che ho fatto ieri notte è proprio "una scatola nera".
Accetta tre parametri che sono: temperatura attuale, radiazione solare e velocità del vento.
All'interno ci si può mettere quello che si vuole.

L'approccio delle reti neurali può essere utile per apprendere l'andamento della radiazione solare che è il parametro con maggior peso.
Già questa mattina si è notata una inflessione eccessiva mentre la radiazione solare saliva e la temperatura è leggermente scesa.
Pensavo di inserire una isteresi o qualcosa che limitasse i picchi.

Al momento vorrei prima verificare i parametri che identificano il materiale costruttivo dello schermo della stazione e di cio che circonda il sensore di temperatura.

Insomma, c'è veramente tanto da sistemare ma diciamo che è un buon inizio.

Ad esempio, c'è qualche cosa che ancora non va perché vi sono picchi negativi... Uff.


Inviato dal mio G3221 utilizzando Tapatalk

[snow]

Vado leggermente O.T., o forse no, ma ritengo che il lavoro che state svolgendo sia fondamentale per poter consigliare la ws80 della ecowitt, perché in questi mesi, seppur non si tratti del periodo più indicato, ho notato parecchia sovrastima, soprattutto con il sole basso, nei confronti svolti da Raffaello.