پایش دمای کندوی زنبور عسل با فناوری تصویربرداری حرارتی | قسمت 2

پایش دمای کندوی زنبور عسل با فناوری تصویربرداری حرارتی | قسمت 2

پس از یک دوره کوتاه گرمایش در اواخر بهمن ۱۳۹۶ (اواخر فوریه)، زمستان سخت منطقه کیپ برتون در نوا اسکوشیا از حدود ۱۰ اسفند ۱۳۹۶ (اول مارس) با شدت بازگشت. اگرچه دماها در مقایسه با استانداردهای قاره‌ای خیلی سرد نبودند و به پایین‌ترین حد -۱۷ درجه سانتی‌گراد رسیدند، بادهای شدید با سرعت ۱۰۶ تا ۱۱۵ کیلومتر بر ساعت (وزیدند. این بادها، که بیشتر از جهت شمال‌غرب می‌وزیدند، برای چند روز پیاپی با سرعت ثابت ۶۰ تا ۸۰ کیلومتر بر ساعت ادامه یافتند. به همین دلیل، اثر سرمایش ناشی از باد بسیار شدید بود.

این شرایط نگرانی‌ام را درباره سلامت کلنی‌های زنبور عسل به اوج رساند. هر روز به کندوها سر می‌زدم، الگوهای حرارتی آن‌ها را بررسی می‌کردم، تصاویر حرارتی تهیه می‌کردم و روش‌های مختلفی را برای حل مشکلات امتحان می‌کردم.

پایش دمای کندوی زنبور عسل با فناوری تصویربرداری حرارتی برای بهبود سلامت کلنی | قسمت 1

در ماه اسفند، نور خورشید به دلیل زاویه پایین خورشید در آسمان بسیار درخشان است و این موضوع گاهی باعث خطا در تحلیل تصاویر حرارتی می‌شد. پوشش‌های سیاه ‌رنگی که برای عایق‌بندی کندوها استفاده کرده بودم، در نور خورشید گرم می‌شدند و مانع از تشخیص دقیق الگوهای حرارتی داخل کندوها می‌شدند. برای رفع این مشکل، دو راهکار به کار بردم.

1. دوربین حرارتی را روی سوراخ ورودی جلوی کندو متمرکز کردم تا گرمای خارجی بدنه کندو را نادیده بگیرم (تصویر حرارتی T1).
2. بازرسی‌ها را در شب انجام دادم که نتایج دقیق‌تری از الگوهای حرارتی داخلی به دست می‌داد (تصاویر حرارتی T2 و T3). هرچند مقداری گرمای خارجی هنوز قابل‌مشاهده بود، اما تفاوت‌ها بسیار واضح‌تر بودند.

بازرسی‌های شبانه نتایج جالبی به همراه داشتند. در کلنی‌های قوی که تجمع فشرده زنبورها مشخص و الگوی حرارتی آن‌ها به‌صورت یک کره روشن بود، می‌توانستم حرکت تک‌تک زنبورها را ببینم (تصاویر حرارتی T4 و T5).

مشاهده حرکت زنبورها این مزیت را داشت که خطاهای ناشی از گرمای باقی‌مانده خورشید را حذف می‌کرد. همچنین، این روش تأیید می‌کرد که کلنی زنده است و مکان دقیق تجمع فشرده زنبورها را نشان می‌داد. در برخی موارد، تجمع فشرده زنبورها شکلی صاف و پهن در بالای کندو یا پخش‌شده در بخش‌های پایین‌تر کندو داشت (تصویر حرارتی T6).

پس از ثبت الگوهای حرارتی، زنبوردار باید این داده‌های خام را تحلیل کند. با تجربه و بهبود روش‌ها، این تحلیل‌ها به مجموعه‌ای از قواعد تبدیل می‌شوند. داده‌هایی مثل الگوهای حرارتی و دماها وقتی از همه طرف‌های بدنه کندو جمع‌آوری شوند، ارزش بیشتری پیدا می‌کنند. حذف ناهنجاری‌های حرارتی غیرمرتبط، داده‌ها را برای مقایسه‌های پایه‌ای آماده می‌کند تا قواعد مورد انتظار از آن‌ها به دست آید.

اگر دمای محیط ثابت بود، این کار ساده‌تر می‌شد. اما چون در محیط طبیعی کار می‌کنیم، باید عوامل دیگری را هم در نظر بگیریم. کلنی زنبور عسل به‌عنوان یک موجود زنده تحت تأثیر عواملی مانند رطوبت هوا، غلظت دی‌اکسید کربن، و به‌ویژه سرمایش ناشی از باد قرار می‌گیرد.

در مناطق مرتفع کیپ برتون، و همچنین دیگر مناطق ساحلی یا بلندی‌های در معرض باد، بادها نقش تعیین‌کننده‌ای در بقای کلنی‌های زنبور عسل دارند. فرمول‌ها و نمودارهای محاسبه سرمایش بادی از منابع معتبر مانند سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریگا ، محیط زیست کانادا، و ایستگاه‌های هواشناسی محلی قابل دسترسی هستند.

سرمایش بادی به دلیل افزایش انتقال گرما از سطح در معرض باد ایجاد می‌شود. سرعت انتقال گرما به تفاوت دما بین سطح و هوای اطراف آن و همچنین سرعت حرکت هوا بستگی دارد. وقتی سطح گرم هوای اطراف خود را گرم می‌کند، لایه‌ای از هوای گرم به‌عنوان عایق در برابر سطح تشکیل می‌شود. باد این لایه عایق را از بین می‌برد و هوای خنک‌تری را جایگزین هوای گرم می‌کند. هرچه سرعت باد بیشتر باشد، سطح سریع‌تر خنک می‌شود.

فرمول اصلی برای محاسبه شاخص سرمایش بادی به این صورت است:
WCI = (10 √V – V + 10.5) × (33 – T)
WCI: شاخص سرمایش بادی (کیلوکالری بر متر مربع بر ساعت)
V: سرعت باد (متر بر ثانیه)
T: دمای هوا (درجه سانتی‌گراد)

فرمول‌های دیگری هم توسط سازمان‌هایی مثل محیط زیست کانادا و سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا استفاده می‌شوند. برای مثال، ضریب مک‌میلان (۲۰۰۷) سرمایش بادی را با کم کردن سرعت باد (به مایل بر ساعت) از دمای فارنهایت محاسبه می‌کند. ضریب بریدلاو¹ (۲۰۱۲) برعکس، دمای فارنهایت را از سرعت باد کم می‌کند.

هرچند دمای سطح یک جسم نمی‌تواند به زیر دمای هوای محیط برسد، اما سرعت کاهش دما با افزایش سرعت باد بیشتر می‌شود. در نتیجه، کل گرمای ازدست‌رفته، که معمولاً در واحد BTU (واحد حرارتی بریتانیایی) اندازه‌گیری می‌شود، افزایش می‌یابد.

موجودات زنده، مانند زنبورهای عسل، برای جبران گرمای ازدست‌رفته در اثر انتقال به محیط خارجی، گرمای بیشتری تولید می‌کنند.

تنظیم دمای بدن برای بقای تجمع فشرده زنبورهای عسل در زمستان حیاتی است. گرمایی که عمدتاً در مرکز تجمع تولید می‌شود، کلنی را در محدوده‌ای بین حداقل و حداکثر دما نگه می‌دارد. پوسته بیرونی (لایه خارجی زنبورها) در تجمع دمای پایین‌تری دارد و به‌عنوان عایق عمل می‌کند. حداقل دمای قابل تحمل برای زنبورها ۵ درجه سانتی‌گراد است. در این دما، زنبورها نمی‌توانند گرمای متابولیکی تولید کنند و حرکتشان متوقف می‌شود.

«هدف تنظیم دما این است که دمای بیرونی تجمع بالاتر از ۵ درجه سانتی‌گراد بماند. وقتی دمای محیط در شب‌های زمستان کاهش می‌یابد، دمای مرکز تجمع بیش از ۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و دمای بیرونی را در حدود ۶ درجه سانتی‌گراد ثابت نگه می‌دارد. در مقابل، افزایش دمای محیط در صبح‌های زمستان باعث کاهش دمای مرکزی به میزان ۸ درجه سانتی‌گراد می‌شود، در حالی که دمای بیرونی به‌آرامی بالا می‌رود.

ترسیم دمای مرکزی (Tc) نسبت به دمای محیط (Ta) دو خط مستقیم با شیب +۱۵ درجه سانتی‌گراد به ازای کاهش ۱۰ درجه سانتی‌گراد و -۱۰ درجه سانتی‌گراد به ازای افزایش ۱۰ درجه سانتی‌گراد در دمای محیط ایجاد می‌کند. اتلاف گرما از تجمع به سطح لحظه‌ای آن، هدایت گرمایی از سطح، و تفاوت دما بین پوسته بیرونی و محیط اطراف بستگی دارد. این اتلاف باید با تولید گرمای زنبورها در تجمع جبران شود. کاهش اتلاف گرما از سطح و افزایش تولید گرما در تجمع، دمای مرکزی را بالا می‌برد. نمودارها رابطه خطی بین دمای مرکزی و تفاوت دمایی بین پوسته و محیط را در بازه دمایی گسترده‌ای نشان می‌دهند. تجمع داده‌ها در دمای ۱۰ درجه سانتی‌گراد بر جنبه اقتصادی تنظیم دما تأکید دارد.

دمای مرکز تجمع در زمستان به‌طور میانگین ۲۱٫۳ درجه سانتی‌گراد (حداقل ۱۲٫۰ و حداکثر ۳۳٫۵ درجه سانتی‌گراد) حفظ می‌شود. با افزایش دمای محیط، دمای مرکزی تجمع کاهش می‌یابد، در حالی که دمای پوسته کمی افزایش می‌یابد. با کاهش دمای محیط، دمای پوسته اندکی کاهش می‌یابد، اما دمای مرکز تجمع بالا می‌رود. روابط خطی بین دمای مرکزی و دمای محیط، و بین دمای مرکزی و تفاوت دمایی پوسته و محیط مشاهده می‌شود. این شیب‌ها دو آستانه حداقل را نشان می‌دهند: ۱۵ درجه سانتی‌گراد برای مرکز و ۵ درجه سانتی‌گراد برای پوسته، که نباید در تجمع زمستانی نقض شوند.»

این توضیح درباره تنظیم دما و حدود آن نشان می‌دهد که انتقال گرما از داخل کندو به خارج نباید از توانایی تجمع برای حفظ تعادل حرارتی لازم فراتر رود.

برای محاسبه پارامترهای گرمایی کلنی زمستان‌گذران، از فرمول‌های زیر استفاده می‌کنیم.

فرمول پایه برای اتلاف گرما این است:
اتلاف گرما = سطح × (دمای A – دمای B) / R

سطح موردنظر شامل چهار وجه عمودی یک کندوی دوطبقه لانگستروت است. فرض می‌کنیم تخته زیرین و درپوش بالایی کمتر در معرض سرما و بهتر عایق‌بندی شده‌اند. بنابراین، سطح مورد محاسبه ۱۴۶۰ اینچ مربع (حدود ۰٫۹۴ متر مربع) است. ضریب عایق‌بندی (R) چوب کاج با ضخامت ۲٫۵۴ سانتی‌متر برابر ۱٫۲۵ است.

دمای A میانگین گرمای داخل کندو و دمای B دمای محیط بیرون است. تصاویر حرارتی نشان می‌دهند که فضای اطراف تجمع فشرده خنک است و دمای آن از دمای پوسته تجمع (لایه بیرونی) گرم‌تر نیست. ما برای حداقل و حداکثر دمای پوسته محاسبه می‌کنیم.

با این پارامترها، محاسبات را شروع می‌کنیم:
اتلاف گرما = ۰٫۹۴ × (۵ – ۵٫۰) / ۱٫۲۵
= ۲۹۱ BTU بر ساعت

برای دمای بالاتر تجمع:
اتلاف گرما = ۰٫۹۴ × (۱۰ – ۵٫۰) / ۱٫۲۵
= ۳۶۴ BTU بر ساعت

این محاسبات نشان می‌دهند که عایق‌بندی ضعیف کندوهای چوبی و سطح بزرگ آن‌ها باعث اتلاف گرمای زیادی می‌شود. اگر کلنی در حفره یک درخت بود، سطح کمتر (به دلیل شکل استوانه‌ای در مقایسه با مکعب) و ضخامت بیشتر (با ضریب عایق‌بندی بالاتر) می‌داشت.

برای مثال فرضی، درختی با قطر ۴۵٫۷۲ سانتی‌متر و دیواره ۷٫۶۲ سانتی‌متری را در نظر بگیرید. سطح آن ۱۱۳۰ اینچ مربع (حدود ۰٫۷۳ متر مربع) می‌شود:
اتلاف گرما = ۰٫۷۳ × (۵ – ۵٫۰) / ۳٫۷۵
= ۷۵٫۳۶ BTU بر ساعت

مشخص است که شکل مستطیلی کندوهای رایج در مقایسه با زیستگاه طبیعی زنبورهای عسل در زمستان معایبی دارد. بنابراین، زنبورداران باید کلنی‌های زمستانی خود را برای کاهش اتلاف گرما و جلوگیری از مرگ‌ومیر ناشی از سرمای بیش‌ازحد اصلاح کنند.

فرمول‌های پیچیده‌تری برای محاسبه اتلاف گرما وجود دارند، اما محاسبات بالا به‌خوبی خطر کندوهای بدون محافظت را نشان می‌دهند.

در این مرحله، دانستن مقدار گرمای تولیدشده توسط تجمع فشرده زنبورهای عسل در زمستان مفید است. در جستجوهایم، پژوهشی درباره این موضوع پیدا نکردم، اما مقدار گرمای تولیدشده توسط یک زنبور را یافتم. با محاسبات ساده، می‌توانیم گرمای کل تجمع را تخمین بزنیم.

فرض می‌کنیم یک تجمع زمستانی بین ۱۰,۰۰۰ (حداقل) تا ۲۰,۰۰۰ (حداکثر) زنبور دارد. این تعداد را باید در مقدار گرمای تولیدشده توسط یک زنبور ضرب کنیم.

بر اساس پژوهش فارنهولز، لامبرشت و شریکر:
اندازه‌گیری‌های میکروکالریمتریک روی کارگران، نرها، و ملکه‌های زنبور عسل با سنین مختلف انجام شد. کارگران بالغ بالاترین نرخ تولید گرما را داشتند (۲۰۹ میلی‌وات بر گرم) با نوسانات ناچیز. کارگران جوان میانگین ۱۴۲ میلی‌وات بر گرم تولید می‌کردند. تولید گرمای کارگران بالغ به تعداد زنبورهای کنار هم بستگی دارد. با بیش از ۱۰ زنبور، اتلاف گرمای ویژه با افزایش اندازه گروه ثابت می‌ماند و حدود یک‌هفدهم یک زنبور تنها است.

با در نظر گرفتن تولید گرمای کارگران بالغ در تجمع زمستانی:
۲۰۹ میلی‌وات بر گرم × ۱,۳۶۲ گرم (برای تجمع ۳ پوندی)
= ۲۸۴,۶۵۸ میلی‌وات
= ۲۸۴٫۶۵۸ وات

۱ وات = ۳٫۴۱۲ BTU
بنابراین: ۲۸۴٫۶۵۸ × ۳٫۴۱۲ = ۹۷۱٫۲۵ BTU بر ساعت

در این حالت، با یک تجمع سالم و دمای محیط آرام، تعادل پایداری داریم. اما عواملی مثل کلنی ضعیف با تعداد کمتر زنبورها، سرمایش بادی که اتلاف گرما را افزایش می‌دهد، یا نفوذ هوای سرد از شکاف‌ها و دریچه‌ها می‌توانند این تعادل را برهم بزنند. در بادهای شدید، نفوذ هوای سرد بسیار جدی است.

فرض کنیم سرمایش بادی دمای معادل ایجاد کند. با قرار دادن این اعداد در فرمول اتلاف گرما:
اتلاف گرما = ۰٫۹۴ × (۵ – (-۳۵٫۰)) / ۱٫۲۵
= ۵۸۳٫۵ BTU بر ساعت

با کاهش طبیعی تعداد زنبورها در طول زمستان و ادامه بادها، تفاوت بین تولید و اتلاف گرما کم می‌شود و گاهی به صفر می‌رسد.

زنبورداری در تابستان لذت‌بخش است، اما در زمستان چالش‌برانگیز است. تصویربرداری حرارتی ابزاری چندمنظوره است که استفاده از آن در زنبورداری می‌تواند روش‌های عملی مدیریت کلنی‌ها را بهبود بخشد.

از هرگونه خطای احتمالی در محاسبات بالا پوزش می‌خواهم.

ترجمه این مقاله توسط مرکز تخصصی زنبورداری و پرورش ملکه ارجان صورت گرفته است.

دسترسی سریع به آخرین مقالات مرتبط :