NASA hjælper med at advare om skadelige algeblomster i søer, reservoirer

Skadelige algeblomster kan forårsage store problemer i kystområder og søer i hele USA. Når toksinholdige vandorganismer formerer sig og danner en blomstring, det kan lide mennesker og kæledyr, forurene drikkevand, og tvinge lukninger på sejlads- og svømmesteder.

Med begrænsede ressourcer til at overvåge disse ofte uforudsigelige blomster, vandforvaltere vender sig til nye teknologier fra NASA og dets partnere for at opdage og holde styr på potentielle farer. Dette er især kritisk i søer og reservoirer, som folk bruger til både rekreation og vandforsyning.

En ny app til Android -mobilenheder, fra U.S. Environmental Protection Agency (EPA) og nu tilgængelig på Google play, vil advare embedsmænd og medlemmer af offentligheden, når der kan dannes et skadeligt algeblomst, afhængigt af specifikke ændringer i farven på vandet observeret af satellitter. Appen er et produkt af multi-bureauet Cyanobacteria Assessment Network, eller CyAN.

"Interessen er at bruge fjernmåling som et øje i himlen, system til tidlig varsling for at få et billede af skadelige cyanobakterier i amerikanske søer i landet, "sagde Jeremy Werdell, NASA Goddard Space Flight Center leder for CyAN, som også omfatter EPA, U.S. Geological Survey (USGS) og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"Ressourcerne er begrænsede, og det er ikke muligt for alle på jorden at overvåge alle indre vandområder hele tiden, "sagde han." Satellitter giver et værktøj til at hjælpe med at oplyse, hvordan og hvornår de skal bruge ressourcer til at gå og indsamle vandprøver. "

NASA har studeret vandkvaliteten fra rummet i årtier, begyndende i 1978 med Coastal Zone Color Scanner -instrumentet, der brugte havets farve til at studere planteplanktonpopulationer. Med senere instrumenter, ligesom Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer på NASAs Terra- og Aqua -satellitter, opløsningen var fin nok til at skelne mellem større indre søer og reservoirer, og forskere begyndte at bruge dataene til at opdage signaturer af cyanobakterier i ferskvand.

Cyanobakterier forekommer naturligt i mange vandområder, fra de store søer til små kvarterdamme. I små tal, disse alger er ikke et problem. Men under de rigtige forhold - varmt vand, sollys, plus næringsstoffer, der ofte skyller landbrugsmarker af - cyanobakterier kan formere sig og danne potentielt giftige blomster.

Selvom de enkelte alger er mikroskopiske, blomster kan ses fra rummet. I massivt antal, cyanobakterier blomstrer kan forekomme som store grønne skår og pletter på grund af deres vigtigste fotosyntetiske pigment. Deres tilstedeværelse kan også detekteres ved hjælp af fluorescens, hvilke algeblomster udsender som reaktion på udsættelse for sollys. Ved hjælp af blomstringens unikke egenskaber, instrumenter på NASA/USGS Landsat -satellitterne, European Space Agency's Copernicus Senteinel-2 og Copernicus Sentinel-3 satellitter, samt flere andre, er i stand til at lokalisere tilstedeværelsen af ​​alger.

Med computerprogrammer udviklet til at knuse disse satellitobservationer fra Sentinel-3, NASAs supercomputere producerer ugentlige rapporter om farve - og andre oplysninger om vandkvalitet - på mere end 2, 000 søer i hele USA som en del af CyAN -projektet, sagde Bridget Seegers, forsker ved Goddard i Greenbelt, Maryland.

Brugere af den nye CyAN -app vil kunne markere en bestemt sø med en nål - som vises som grøn, hvis søen fremstår blomstrende fri, gul, hvis alger er til stede, men under en vis bekymringstærskel, eller rød, hvilket indikerer, at der sandsynligvis er et flor. Det er designet ikke kun til vandkvalitetsledere, Seegers sagde, men for folk, der sætter en kano på deres bil og diskuterer, hvor de skal gå, eller en outfitter, der leder folk til den bedste sø til kajakroning.

CyAN startede i 2015, og har arbejdet med statslige og lokale agenturer for at identificere potentielt skadelige blomster, sagde Blake Schaeffer, en forskningsøkolog med EPA og agenturets leder for programmet.

Vandkvalitetsledere med EPA -regioner og Office of Water gik sammen med CyAN om at teste og evaluere app- og satellitdata, han sagde, desuden, borgerforskergrupper, stammegrupper og offentligheden har også vist interesse for dataene.

"Vi lægger magten i satellitoplysningerne direkte i hænderne på folket, "Sagde Schaeffer." De behøver ikke at mine for data; de kan vælge at få dataene skubbet til sig. "

Programmet har begrænsninger, imidlertid. Satellitterne kan ikke se gennem skyer, og på grund af opløsningen i Sentinel-3A, søer skulle være lidt mere end 900 meter brede for at spore med data af højeste kvalitet.

For at kigge på endnu mindre søer og reservoirer, Schaeffer og andre vender sig til Landsat. På grund af problemer med skyer (og en mindre hyppig besøg), Landsat -satellitter, forskere får cirka en klar måling af et givet sted hver måned. Men med Landsats højere rumlige opløsning, de kan spore vandkvalitetsoplysninger fra mere end 60% af de amerikanske søer og reservoirer, eller mere end 170, 000 vandkroppe.

Landsat og Sentinel-3 er komplementære; Landsat har større rumlig opløsning, mens Sentinel-3 indsamler data over individuelle websteder oftere og detekterer bølgelængder, der er mere passende for cyanobakterier. Ud over, Landsat -satellitter har termiske sensorer, der kan bruges til at overvåge overfladetemperatur på søer, hvilket er nyttigt, da varmere temperaturer fremmer blomstring. Schaeffer undersøger, hvordan den ekstra faktor kan tilføjes til overvågningsprogrammet.

Ultimativt, målet er at skabe et overvågningssystem til vandkvalitet, der udnytter data fra mange kilder-Sentinel-2, Landsat, og andre satellitter, samt oplysninger indsamlet om vandet, sagde Nima Pahlevan, en forsker på Goddard og medlem af Landsat science team.

Han og hans team arbejder på, hvordan vi bedst anvender Landsat- og Sentinel -data til at identificere søer, floder, reservoirer og andre vandområder med store alger til stede. Landsat -missionen har været i drift siden slutningen af ​​1970'erne, så forskere og vandforvaltere kan spore en given søs historie for at afgøre, om hver sø - eller potentielt endda en individuel pixel i et billede af en sø - har ændret sig, og hvis det angiver en blomstring.

"Vi håber, at med disse billeder, produceret i næsten realtid-inden for så lidt som 3 til 4 timer-kan vi bygge et system til at udsende advarsler, der er specifikke for hver sø eller reservoir, "Sagde Pahlevan.

En udfordring, gruppen står over for, er, at der ikke tages mange vandmålinger på tværs af de forskellige søer at sammenligne med, og kontrollere, hvad satellitten rapporterer. Med støtte fra Landsat Project Science Office, Pahlevan og samarbejdspartnere har placeret tre instrumenter i Green Bay, Wisconsin, Lake Okeechobee, Florida, og Grizzly Bay, Californien, at foretage målinger af vandet til sammenligning med Landsat og andre satellitmålinger.

Med disse data fra feltet, og arbejde i sommer, som inkluderer sporing af en håndfuld søer ved hjælp af Landsat og Sentinel-2, Pahlevan håber at bygge programmet op og udvide det til et operativt system med flere lokationer inden sommeren 2020.

For mennesker som Donalea Dinsmore, der arbejder for Wisconsin Department of Natural Resources (DNR), flere satellitovervågningsværktøjer ville være en kærkommen tilføjelse til den række af metoder, staten bruger til at holde styr på, hvor skadelige algeblomster opstår. Hver sommer, afdelingen modtager spørgsmål om, hvorvidt den grønne møg, der flyder på søer, er skadelig, eller rapporter om hunde, der blev syge efter at have svømmet i eller drukket fra en sø, hun sagde. Wisconsin's DNR har personale, der overvåger mange af de tusinder af søer i staten, men de kan ikke nå alle steder.

"Med 15, 000 søer, kan du besøge dem alle? Og afhængigt af hvornår du besøger, du savner måske bare et flor, "Sagde Dinsmore." Det kan være et virkelig kompliceret og dyrt overvågningsprogram, hvis du går i blinde. "