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称为初级生产率的生物活性,或通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质的速率。Mbari高级科学家Ken Johnson表示,初级生产力是建立海洋生态系统的第一步。

“浮游植物使用它们产生的有机物生长并分成更大的人口,”约翰逊告诉金宝搏官网技术简介。“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)。

“如果你想了解渔业,或者海洋的作用是从大气中吸收二氧化碳,跟踪碳是必不可少的,”约翰逊说。“每年排放到大气中的化石燃料二氧化碳约有25%进入海洋,其中很大一部分是由初级生产力吸收的二氧化碳造成的。”

在一个简短的问答金宝搏官网在下面,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。

金宝搏官网技术简报: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),它们仅通过将少量植物油从内部储存器泵送到压力缸外的橡皮囊即可自由漂流和控制。就像氦气气球一样,充气膀胱并上升。通过将油回到压力壳体将囊移入压力壳体来使膀胱放气,就像将氦气吸回到气瓶中的气球一样,下降。差异是,因为密度在海洋中如此均匀,浮子需要仅移动约1杯油(〜240ml)以垂直移动2公里。

金宝搏官网:每个机器人浮标收集什么?收集的频率是多少?

肯·约翰逊:我们的漂浮物有足够的电池来完成约250次。如果浮动只有每10天提出一次,它可以居住在2500天,或近7年。他们在1000米处停车,大部分时间都很脆弱,浮子不会移动。然后,他们下降到2000米,打开他们的传感器,然后到达表面,沿途进行测量。

在地面上,他们通过GPS定位,并通过铱星卫星通信系统将数据发送回家。在此期间,它们不需要任何维护,因此运营成本很小——主要是处理和分发数据的成本。所有数据可在24小时内免费获得每个垂直剖面。浮动的周期可能比10天快,但是它们会很快耗尽电力,所以10天是浮动生命和获取更多数据之间的折衷。

金宝搏官网:海洋中有多少浮子,他们正在部署在哪里?

肯·约翰逊:现在海洋中有大约4000个浮子(看到地图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。

核心和BGC-ARGO浮子到处都是从南极到大约70度的北方。由于几个技术原因,北极不多。(他们不喜欢永久性冰盖 - 他们需要到达手机之家)。

对我们来说的坏消息是,只有400个BGC-ARGO浮子中的大约170个具有正确的时序参数,以用于测量初级生产率。我们的目标是在海洋中获得1000个浮点,并对全球季节性分辨率进行真正监测初级生产力的正确时间。

我们刚才通过一个名为G0-BGC的程序获得500份浮点数:全球海洋生物园艺阵列。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,我们还得到资助,将200人浮在南洋中,这为我们的大部分研究形成了基础。

除氧外,我们的浮子还测量温度,盐度,压力,硝酸盐(浮游植物的关键肥料),pH,叶绿素,光学反向散射(浮游生物)和一些也衡量沉船光(水清晰度)。

金宝搏官网机器人测量方法与其他测量方法的优缺点是什么?

肯·约翰逊:力量是机器人多年来,全年都有直接测量初级生产力。甚至170浮子,我们可以像大部分海洋一样叠加。

最直接、最初级的生产力测量是由船上的科学家进行的。他们必须收集一个水样,在样品中加入一些放射性碳(碳14),然后将样品孵育1天,过滤样品,并计算细胞中已经包含的碳14。这很好,但大多数研究巡航只有大约30天,所以不会在一整年进行取样。很少有考察船在冬季,甚至在浮游生物大量繁殖的春季进行考察。这就错过了大部分的季节周期。在公海上这样的巡航真的很少。所以船只不能产生很多所需的数据。

金宝搏官网:那卫星呢?

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,我们直接测量初级生产力,我们可以在表面下方执行这个。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。

一个漂浮在水面的机器人。(图片来源:MBARI)

金宝搏官网:机器人浮子是否分析了一块整体数据图片?如果浮子的测量是有助于环境气候模型,还有其他测量还可以补充该数据吗?

肯·约翰逊:当然浮动是多平台数据集的一部分。浮子传感器并不完美,我们确实依赖高质量的船舶数据来校准传感器,而船舶对部署浮子至关重要。漂浮物和卫星观测的协同作用也将使对初级生产力的评估更加准确。

浮子的真正贡献是他们可以留在海上多年来,通过各种天气来抽样,包括在卫星看不到的云下。但他们只测量少数化学和生物学参数。我们需要基于船舶的研究来扩大我们对浮动观察到的内容的理解。这些浮点数设定了科学家阶段,以使用船舶的更复杂的观察来调查海洋变化,但这只会跨越短暂的时间。我们需要卫星来增加我们的空间分辨率。

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。

金宝搏官网: 下一步是什么?您想要部署这些浮点数的其他地方?

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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