Kan en drone afsløre de skumle hemmeligheder i San Francisco Bay?

Miljøforskere kan fortælle meget om floders sundhed, bugter, vådområder og andre vandveje ved at studere strømmen af ​​sedimenter suspenderet i vandet, og fra mudderet, der dannes, når disse sedimenter lægger sig til bunds.

"Mudder er ikke glamourøst, men mudder er der, hvor alle forurenende stoffer samles og klæber, " bemærker Oliver Fringer, professor i civil- og miljøteknik ved Stanford.

Suspenderede sedimenter kan fange giftige forurenende stoffer og forhindre dannelsen af ​​fiskedræbende røde tidevand, forklarede han. Og måling og forudsigelse af, hvordan sedimentstrømme vil danne mudder, vil hjælpe med at afsløre, hvordan vandveje vil reagere på stigende havniveauer og klimaændringer. Men indtil nu, at studere sedimentstrømme – også kendt som måling af turbiditet – har været langsom, upræcis og arbejdskrævende, hæmmer indsatsen for bedre at forstå vandvejenes sundhed.

Fringer håber at overvinde manglerne ved nuværende undersøgelsesmetoder ved at udvikle en specielt instrumenteret luftdrone til at måle sedimentstrømme i San Francisco Bay. Måler 4 fod i diameter, dronen flyver over 100 fod over vandet. Dens kamera er kalibreret til at opfange meget specifikke bølgelængder af lys. Visse røde farver nede nær det infrarøde bånd af spektret svarer til sediment. Andre farver svarer til klorofylet og til de organiske næringsstoffer, der fodrer alger. Dronen kan besøge et sted igen så mange gange som nødvendigt, tage billeder i høj opløsning i et tempo på et i sekundet, male et detaljeret billede af turbiditet.

Dronen ville repræsentere et stort fremskridt fra en decideret lavteknologisk måde at måle sedimentstrøm på, som er almindelig i dag:Forskere sænker en Secchi-skive af vekslende sort-hvide kvadranter ned i vandet for at observere, i hvilken dybde den bliver for grumset til at disk skal ses. Dette kan give god information om et bestemt sted, men siger meget lidt om dynamikken i et bredere område. Nogle forskere forsøger at dække mere område ved at trække sofistikerede sensorer fra både, der bevæger sig frem og tilbage over vandet. Men både kan ikke sejle i lavvandede områder og er dyre i drift, gør det svært at måle turbiditetsændringer over tid. Satellitter bliver også brugt til at dække store områder, men de indsamler data i relativt lav opløsning og passerer kun et sted en gang med få dages mellemrum. Kort sagt, alle tre metoder gør det vanskeligt at fange nok højopløsningsdata, over lange nok perioder, at give en nøjagtig måde at vurdere, hvordan skiftende vinde, vandstrømme og andre kræfter påvirker bugtvandets turbiditet. Dronen, Fringer siger, tilbyder en omkostningseffektiv, alternativ i høj opløsning.

Det nye system er designet af Joe Adelson, en ph.d. kandidat i civil- og miljøteknik, med Fringer, der overvåger projektet i regi af Stanfords Bob og Norma Street Environmental Fluid Mechanics Laboratory. Fringer siger, at brugen af ​​dronen til at måle turbiditeten i San Francisco Bay er et vigtigt skridt i retning af at udstyre feltet med et værktøj, der kan indsamle detaljerede oplysninger om andre bugter, vådområder og vandveje. "Enhver stor flod, der løber gennem befolkede områder, som Mekong i Vietnam eller Mississippi, har problemer med mudrede sedimenter og røde tidevand ved munden, " siger Fringer.

At give miljøforskere en måde at indsamle flere data om turbiditet på vil sætte dem på vej mod udvikling af computermodeller, der hjælper dem med at forudsige sedimentstrømme i forskellige dele af en vandvej, en proces næsten lige så kompleks som at lave lokaliserede vejrudsigter. "Hvis man ser på udviklingen af ​​storstilet vejrudsigt, folk har brugt stadig større mængder data fra satellitter til at forbedre modellerne, " sagde Fringer. "Ingen har gjort det for sedimenter, og grunden er, at vi ikke har haft den slags data endnu."