机器人浮子 - 超过100个,实际上 - 目前在海洋中,跟踪气候模型的重要测量:氧气和二氧化碳。

煤气缸尺寸的装置正在开发蒙特雷湾水族馆研究所监测一种被称为初级生产力的生物活动,或浮游植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物的速率。初级生产力是建立海洋生态系统的第一步,MBARI高级科学家Ken Johnson说。

“浮游植物使用它们产生的有机物生长并分成更大的人口,”约翰逊告诉yabovip16.com技术简介。“浮游生顿然后吃浮游植物,小鱼吃浮游动物,大鱼吃小鱼,并达到鲸鱼。”

约翰逊和他的团队希望通过分析表面水域中的日常氧气循环来衡量初级生产。具体而言,研究人员使用浮子来测量白昼期间氧气的增加(由于光合作用和初级生产率),然后在夜间减少(呼吸消耗氧气时)。

Johnson说:“如果您想了解渔业,或者海洋的作用,海洋的角色是必不可少的,如果您想要从大气中吸收二氧化碳的角色,那么。”“约有25%的化石燃料二氧化碳每年排放到大气中进入海洋,并且在初级生产力期间通过CO2提示了许多助焊剂。”

在一个简短的问答yabovip16.com在下面,肯约翰逊解释了更多关于机器人浮动的工作,他们在海洋中派出的地方,以及他们提供关于海洋健康的哪些线索。

yabovip16.com技术简报:这些机器人浮动的样子是什么样的?

肯约翰逊:机器人 - 仿形浮动 - 非常简单,这也是他们成功的关键。关于气瓶的尺寸(见上面的图片),它们可以自由漂浮,仅通过从内部储油器中泵入少量植物油到压力缸外的橡胶囊来控制深度。就像氦气球一样,给膀胱充气,它就会上升。通过将油移回压力容器,就像气球将氦气吸回气瓶一样,将气囊放气,然后它就会下降。不同之处在于,由于海洋中的密度是如此均匀,浮标只需要移动大约1杯油(~240毫升)就可以垂直移动2公里。

yabovip16.com:每个机器人浮动收集是什么?

肯约翰逊:我们的漂浮物有足够的电池来做250次。如果浮子每10天浮一次,它可以存活2500天,或近7年。在10天的大部分时间里,它们都停在1000米的地方,那里的水流很弱,漂浮物不怎么移动。然后他们下降到2000米,打开传感器,来到水面,沿途进行测量。

在表面上,他们通过铱星卫星通信系统获得GPS修复并发送数据回家。在此期间,它们不需要任何维护,因此运营成本很小 - 主要只是加工和分发数据的成本。所有数据在每个垂直型材的24小时内自由使用。浮动可以快于10天循环,但随后它们会过快地耗尽功耗,所以10天是浮动寿命和更多数据之间的妥协。

yabovip16.com:海洋中有多少漂浮物,它们部署在哪里?

肯约翰逊:现在海洋里大约有4000个这样的漂浮物(参见https://argo.ucsd.edu/)但大多数只测量温度和盐度;这些是核心Argo floats。4000只有约400个是测量化学和生物学性质,或BGC-ARGO浮子。

地核和BGC-Argo浮标随处可见,从南极洲到北纬70度左右。由于一些技术上的原因,在北极没有很多。(它们不喜欢永久的冰层——它们需要到水面上给家里打电话)。

对我们来说,坏消息是,在400艘BGC-Argo浮标中,只有大约170艘在10天的周期中具有正确的时间参数,可以用来衡量初级生产力。我们的目标是让1000个漂浮物在合适的时间进入海洋,以季节性的分辨率真正监测全球的初级生产力。

我们刚刚获得资金,通过一个名为G0-BGC的项目来购买500辆浮车:全球海洋生物地球化学阵列。他们会及时到处都是。我们的第一个在大西洋。在过去的8年里,我们也得到了资助,在南大洋放置了200个漂浮物,这为我们的大部分研究形成了基础。

除了氧气,我们的浮子还可以测量温度、盐度、压力、硝酸盐(一种浮游植物的关键肥料)、pH值、叶绿素、光学后向散射(浮游生物丰度),有些还可以测量下沉光(水的透明度)。

yabovip16.com:测量机器人方法与替代测量方式的机器人方法有哪些优势和缺点?

肯约翰逊:机器人的优点是可以运行数年,全年都可以直接衡量初级生产力。即使有170个漂浮物,我们也可以对大部分海洋进行取样。

科学家们在船上制作了最直接,主要生产力测量。它们必须收集水样,将一些放射性碳(碳14)添加到样品中,然后将样品孵育1天,过滤样品,并计数已掺入细胞中的碳14。这很棒,但大多数研究巡航只有大约30天,所以一个人从不样本一整整一年。很少有研究游轮在冬季甚至春天发生,当大浮游生物盛开时。错了很多季节性周期。在开阔的海洋中真的很少有这些游轮。所以船只只是不产生大部分所需的数据。

yabovip16.com:卫星怎么样?

肯约翰逊:卫星提供高分辨率的生产率的高分辨率图像,但结果是基于模型的,而不是直接测量,并且它们在上海中没有看到非常深,错过了大部分信号。卫星测量海洋的颜色;从颜色计算叶绿素,然后运行已被船舶数据校准的模型,并观察到叶绿素。如果浮游生物生理正在发生变化(也许在较温暖的世界中),那么模型可能是错误的,估计初级生产力的趋势可能不是真实的。

所以,底线是,我们可以直接测量初级生产力,我们可以在表面下做这个。但最好的答案(我们强调论文)是使用基于浮动的测量来校准准实时的卫星观测,因此验证了卫星生产力模型,然后使用高分辨率卫星数据(比一个将从1000浮点数获得更高的空间分辨率)到得到两个世界的最好的。

在表面的机器人浮动。(图片信用:mbari)

yabovip16.com机器人漂浮物的分析是整体数据图的一部分吗?如果浮子的测量数据对环境气候模型有贡献,是否还有其他测量数据补充这些数据?

肯约翰逊:肯定浮动是一块多平台数据集。浮动传感器并不完美,我们真的依赖高质量的船舶数据来帮助校准我们的传感器,并且船只对于部署浮子至关重要。浮子和卫星观察的协同作用也将导致对初级生产力的更好评估。

浮标的真正贡献在于,它们可以在海上停留数年,在各种天气条件下进行采样,包括在卫星无法看到的云层下。但它们只能测量一些化学和生物参数。我们需要基于船舶的研究,以扩大我们对漂浮物观察到的东西的理解。这些浮动值为科学家研究海洋变化提供了条件,他们可以使用更复杂的船只观测,但这只会持续很短的时间。我们需要卫星来提高空间分辨率。

最后,环境模型真的只想吸收准连续数据流。那些来自浮子和卫星而不是船只。因此,模型将吸收化学和生物数据,它将来自浮子和卫星。如果您想预测天气超过几天,这将是重要的;由于它在几周到几个月的时间内,因此您必须获得海洋。为了获得海洋权利,添加化学性质可以真正提高他们的准确性。渔业模型也是如此。

yabovip16.com下一个是什么?您还想在哪里部署这些浮动?

肯约翰逊:接下来是我们通过Go-BGC将这一全局数组的部分扩展到500浮点。我们的巡航很快就会进入东部热带太平洋和赤道地区,这可能很难进入。但真的,我们希望世界海洋周围均匀分布。因此,我们尽可能快地建立浮子和传感器。

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