우주에서 수질 모니터링 :WI 그린 베이의 퇴적물 농도 조사

그레이트 레이크는 미국과 캐나다에 사는 인구에게 중요한 자원입니다. 그들은 식수를 제공하고 농지에 먹이를줍니다. 그러나 Great Lakes 로의 영양소 로딩은 조류 블룸, 수질 저하 및 교란 생태계를 포함하여 몇 가지 문제를 일으켰습니다.

Rowe et al. (2017)은 영양소가 미시간 호수의 생산성을 증가 시켰다는 것을 보여 주었다. 그러나 침습성 Quagga 홍합은 호수에서 공간 및 시간적 생산성 패턴을 변경했습니다. 이것은 호수에서 엽록소 농도를 크게 바 꾸었습니다. 호수, 미시간 및 온타리오에서 조류의 불규칙한 성장이 관찰되었습니다 (Auer et al., 2010; Higgins et al., 2008; Tomlinson et al., 2010). Algal Bloom은 호수의 과도한 영양소의 또 다른 결과입니다. Cladophora 바이오 매스는 폐수 처리장에서 나오는 호수의 배경 인 농도가 증가함에 따라 미시간 호수 근해 지역에서 크게 증가했습니다 (Bravo et al., 2017; Khazaei et al., 2017).

미시간 호수의 환경 문제의 매우 중요한 예는 미시간 호수의 서부 은행과 연결된 그린 베이입니다. Green Bay는 미국 환경 보호국의 우려 영역으로 지정되었으며 베이의 퇴적물 농도가 높기 때문에 수질 문제로 고통 받고 있습니다. 매달린 퇴적물은 그린 베이 (Klump et al., 2009)에서 산소 고갈과 저산소증을 유발하여 수생 생물을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 또한, 수질 감소와 탁한 물은 만에서 퇴적물 농도가 높다고 주장됩니다.

우리의 분석은 그린 베이와 폭스 강의 입에서 수질 매개 변수 (예 :클로라이드, 총 인, 오르토 포스포로스, 총 켈달 질소, 암모니아, 엽록소 A 및 탁도)의 가변성이 퇴적물 농도와 매우 관련이 있음을 보여줍니다.

폭스 강은 그린 베이 (Green Bay)로 흐르는 가장 큰 강이며 베이에 퇴적물/오염 물질의 주요 원천으로 알려져 있습니다. 길이는 약 320km이며 16,651km의 면적이 배수됩니다. 위스콘신에있는 Winnebago 호수의 퇴적물과 Southern Green Bay의 중간에 강에 합류하는 다른 육상 오염 물질이 있습니다. 이 지역의 종이 생산 회사로 인해 폭스 강 (Manchester-Neesvig et al., 1996)의 입에서 많은 농도의 폴리 염화 비 페닐 (PCB)이 발견 될 수 있습니다.

그린 베이를 포함한 미시간 호수의 바람에 의한 파도와 전류는 혼합의 가장 큰 책임을 맡고 있습니다 (Mortimer 1988, Eadie et al. 1996). 그러나 그린 베이는 얕은 수심과 낮은 혼합 속도를 가지고 있으며 (Hamidi et al., 2015), 퇴적물을 미시간 호수로 운송 할 수는 없어 Green Bay는 효율적인 퇴적물 트랩으로 만들었습니다.

위에서 제시된 이러한 사실은 Lower Green Bay 및 Fox River Turbid Plume에서 수질과 퇴적물 농도를 모니터링하기위한 노력을 시작했습니다. 이러한 노력에는 모델링 및 계산 분석과 결합 된 모니터링 및 관찰이 포함됩니다. Green Bay의 New Water는 1980 년대 중반에 수생 모니터링 프로그램을 시작했습니다. New Water는 Fox River, East River 및 Lower Green Bay를 따라 34 개의 스테이션에서 물 샘플을 가져갑니다. 그들은 샘플을 분석하고 1991 년 이후 TSS를 측정했습니다. 또한이 영역의 다른 수질 매개 변수를 측정합니다. 클로라이드, 총 인, 암모니아, 엽록소 A, 탁도 등

1980 년대 이래 그린 베이의 수질을 모니터링하고 복원 계획을 개발하기위한 강력한 연구와 계산 노력이있었습니다. 또한 2011 년 이후 미국 지질 조사에 의해 폭스 강 측정에서 탁도의 일일 측정이 있습니다. 진행중인 연구에서, 우리는 탁도 시계열을 연속 TSS 일일 추정치로 변환 할 수있는 모델을 개발하고 있습니다 (Khazaei et al., 2018). 이는 Green Bay의 수질에 대한 Fox River Loadings의 영향을 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리의 분석에 따르면 Fox River는 하루 평균 300 톤의 퇴적물을 그린 베이로 대략 300 톤으로 배출하고 있음을 보여줍니다.

분명히 지표수에 매달린 퇴적물은 지구 주변의 위성으로 인해 감지 될 수 있습니다. 그림 1.는 그린 베이 위성 이미지가 낮습니다. 볼 수 있듯이, 물의 색은 베이의 다른 위치에서 다른 것처럼 보입니다. Fox River의 입이 위치한 베이 남쪽의 더 밝은 색상은 퇴적물의 존재 때문입니다.

Hamidi et al. (2017a; 2017b)는이 퇴적물의 특성을 사용하여 우주 구상 이미지 데이터를 80%이상 상관 관계와 함께 TSS 및 탁도를 추정 할 수있는 모니터링 도구를 개발했습니다. 경험적 기능을 사용하여 NASA의 중간 분해능 이미징 분광 광도계 (MODIS)에 의해 수집 된 위성 이미지 데이터의 표면 반사율은 호수 표면에서 TSS와 탁도에 대한 새로운 물의 관찰에 기인 한 것입니다. 제안 된 모델은 엽록소 A의 추정치를 제공하기 위해 확장 될 수 있으며, 이는 광학적으로 활성 변수이며 위성에 의해 감지 될 수 있기 때문입니다.

이 모델은 이전의 모든 샘플링 및 측정 노력을 거치지 않고 시간과 공간의 TSS 변동 패턴을 모니터링하는 계산 도구를 제공했습니다. 지구 궤도에서 위성과 위성의 인구가 증가함에 따라 원격으로 감지 된 데이터는 매일 더욱 이용 가능 해지고 있습니다. 여기에 제시된이 연구의 접근 방식은 수질 모델링의 다른 측면으로 확장 할 수 있습니다.

유사한 본질의 모델은 대규모 지리적 규모로 수질 매개 변수의 추정치를 제공함으로써 환경 평가 프로그램에 도움이 될 수 있습니다. 이미지 데이터가 구름으로 오염 된 경우를 제외하고, MODIS 데이터는 일일 시간 해상도로 사용할 수 있으므로 관찰에 간격이있을 때 원하는 변수를 평가하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 과학자들은 과거의 사건에 관심이 있으며 해당 이벤트에 대한 관찰 데이터는 없습니다. 이 경우 위성 데이터는 가능한 경우 해당 이벤트를 모델링하는 데 사용될 수 있습니다.

이러한 결과는 최근에 발표 된 수질 및 강 탁도 깃털의 시공간 변동성을 매핑하기 위해 Modis 원격 감지 데이터를 사용하는 기사에 설명되어 있습니다. . 이 작품은 펜실베니아 인디애나 대학교 (Indiana University of Pennsylvania)의 Sajad Ahmad Hamidi, Villanova University의 Hossein Hosseiny, 휴스턴 대학교의 Nima Ekhtari, 위스콘신-밀워키 대학교의 Bahram Khazaei에 의해 수행되었습니다.

참조 :

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