Πηγή: https://www.campbellsci.com/hfp01

Ο ρυθμός της ροής θερμότητας στο έδαφος επηρεάζεται από εναλλαγές στην θερμική αγωγιμότητα, οι οποίες προκύπτουν από διαφορές στο μέγεθος, το σχήμα και την σύσταση των εδαφικών σωματιδίων, το μέγεθός των κενών μεταξύ των εδαφικών σωματιδίων, και την παρουσία του αέρα και του νερού (σε αέρια ή υγρή φάση) στο κενό μεταξύ των εδαφικών σωματιδίων[1].  Σε πολλές επιστημονικές και τεχνικές εφαρμογές, ειδικότερα στην γεωπονική και υδρολογική έρευνα, είναι αναγκαίο η μέτρηση της ροής της θερμότητας στο έδαφος να πραγματοποιείται με μεθόδους, οι οποίες δεν επηρεάζουν την ελεύθερη ροή του νερού στο έδαφος. Στην αντίθετη περίπτωση, ένα λεπτό στρώμα νερού περιβάλλει το όργανο που εισέρχεται στο έδαφος, προκαλώντας εσφαλμένη μέτρηση. 

Το πλακίδιο θερμικής ροής είναι ένας μορφομετατροπέας, ο οποίος παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με την θερμότητα που δέχεται η επιφάνεια του αισθητήρα. Η μετρούμενη θερμότητα διαιρείται με την επιφάνεια του αισθητήρα για να καθορίζει την ροή θερμότητας. Σε μετεωρολογικές και γεωπονικές εφαρμογές τα πλακίδια θερμικής ροής τοποθετούνται στην περιοχή γύρω από τον μετεωρολογικό σταθμό, σε βάθος 4 cm. κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Τουλάχιστον δύο πλακίδια θερμικής ροής χρειάζονται για κάθε περιοχή μελέτης ώστε να λαμβάνεται o χωρικός μέσος όρος. 

Η μέθοδος μέτρησης της ροής θερμότητας στο έδαφος μέσω πλακιδίων θερμικής ροής, θεωρείται απλή στην εφαρμογή της, αλλά έχει αποδειχθεί πως παρουσιάζει διάφορα μειονεκτήματα[2], τα οποία οδηγούν σε σφάλματα μέτρησης, όπως η σύγκλιση ή απόκλιση της ροής θερμότητας γύρω από το πλακίδιο, η διακοπή της ροής του νερού είτε στην αέρια, είτε στην υγρή του φάση, η θερμική επαφή μεταξύ του πλακιδίου και του εδαφικού μέσου και η αποθήκευση θερμότητας στο επίπεδο μεταξύ του πλακιδίου και της επιφάνειας του εδάφους[3]. Η χρήση αυτό-βαθμονομημένων πλακιδίων θερμικής ροής μπορεί να μειώσει το σφάλμα που προκαλείται από την παραμόρφωση της ροής θερμότητας γύρω από το πλακίδιο και να βελτιώσει την ακρίβεια των μετρήσεων[4]. Επιπρόσθετα, η ορθή μέτρηση της ροής θερμότητας στο έδαφος πρέπει να συνοδεύεται από μετρήσεις εδαφικής θερμοκρασίας και υγρασίας στα υπερκείμενα στρώματα του εδάφους, πάνω από το πλακίδιο, και να υπάρχει ακριβής γνώση των θερμικών ιδιοτήτων του εδάφους, όπως η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση, οι οποίες είναι δύσκολο να προσδιοριστούν στο πεδίο. Ερευνητικά έχουν αναπτυχθεί διάφορες μεθόδους υπολογισμού^{[A], [B], [Γ], [Δ], [Ε], [ΣΤ], [Z], [Η], [ΗΙ]} της ροής θερμότητας στην επιφάνεια και σε βαθύτερα στρώματα του εδάφους χρησιμοποιώντας συνδυασμό επί τόπου και εργαστηριακών μετρήσεων. 

1. Garzoli, K., Blackwell, J., & Trickett, E. (1971, December). A heat flux plate for use in soil. Journal of Agricultural Engineering Research, 16(4), 420–422. https://doi.org/10.1016/s0021-8634(71)80040-9

2. Gao, Z., Russell, E. S., Missik, J. E. C., Huang, M., Chen, X., Strickland, C. E., Clayton, R., Arntzen, E., Ma, Y., & Liu, H. (2017, July 12). A novel approach to evaluate soil heat flux calculation: An analytical review of nine methods. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 122(13), 6934–6949. https://doi.org/10.1002/2017jd027160

3. Sauer, T. J., & Horton, R. (2015, October 26). Soil Heat Flux. Agronomy Monographs, 131–154. https://doi.org/10.2134/agronmonogr47.c7