Kaliforniya’nın en büyük yapay göllerinden biri olan Merced County’deki San Luis rezervuarı, sadece Central Valley tarım arazilerini sulamıyor ve Silikon Vadisi ve South Körfezi boyunca içme suyu tedarik ediyor, aynı zamanda yıl boyunca yüzücüler, kayıkçılar ve balıkçılar çekiyor.
Yine de aylarca, göl yüzeyine yayılmış orman yeşili yosun battaniyeleri. Sakin görünümlerine rağmen, bu zararlı alg çiçekleri (HAB’ler) su kaynaklarını, ekosistemleri ve rekreasyon faaliyetlerini bozabilir ve ciddi sağlık riskleri oluşturabilir.
Son on yılda, Kaliforniya Su Kaynakları Bakanlığı (DWR) rezervuar için sık sık sağlık tavsiyeleri yayınlamıştır. Dikkatli olmaktan tehlikeye yükselen bu uyarılar, ziyaretçilere döküntülere, göz tahrişine ve grip benzeri semptomlara neden olabilecek toksinler nedeniyle sudan ne zaman kaçınacağını söyler. Habs, son yıllarda eyaletteki birkaç evcil köpeğin ölümünde bile rol oynamıştır.
California Üniversitesi, Merced’deki çevre sistemlerinde yüksek lisans derecesini kazanırken, şimdi San Diego Eyalet Üniversitesi Rahatsızlık Hidroloji Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırma görevlisi olan Brittany Barreto Martinez, tipik olarak kıyı şeridi su numunelerine dayanan HAB izlemeyi geliştirme fırsatı gördü.
Barreto Martinez, “Bir gün İşçi Bayramı hafta sonu örneklemeye gittim ve doğal olarak insanlar teknelerini balık tutmaya ve yüzmeye götürdüler.” Dedi. “O zaman, göl en azından bir uyarı seviyesinde çok yeşildi. Alg çiçek açma desenlerini sadece gölün kenarlarında değil, özellikle tekne ve balıkçılığa izin verilirse göle daha fazla belirlemek değerlidir.”
Bloom’ları yukarıdan izleme
Fazla yosun oluşumu, bir su sistemi fosfor ve azot gibi besinlerle zenginleştirildiğinde meydana gelir. Bu koşullar altında, siyanobakteriler, dinoflagellatlar ve diyatomlar içeren bazı alg çiçekleri, yutulduğunda hastalığa neden olan toksinler üretebilir. Siyanobakteriler, tatlı su sistemlerinde zararlı alg çiçeklerinin en yaygın nedenidir.
Gübreler, kanalizasyon ve hatta yangınlardan gelen akış bir ekosistemin dengesini bozabilir ve göllerde ve rezervuarlarda fazla besin maddesine yol açabilir. Bununla birlikte, insan faaliyetlerinin HAB oluşumu üzerindeki etkisinin, yosun büyümesi konumlar arasında büyük ölçüde değişebilse bile, sadece spot testlere izin veren zemin numunesi toplama sınırlamaları nedeniyle tanımlanması zor olmuştur.
Alglerin kıyıdan nasıl birikmeye başladığı hakkında daha iyi bir fikir edinmek için Barreto Martinez, yukarı bakmaya karar verdi. UC Merced’de sivil ve çevre mühendisliği profesörü ve Citris Direktörü Erin Hestir ile birlikte, Lake’nin tam yüzeyinde San Luis rezervuarında HABS tespit etmek için uydu uzaktan algılamasının kullanımını keşfetmeye karar verdi.
Barreto Martinez, araştırmayı sürdürmek için UC Merced’de Citris’ten finansman alan çevre mühendisliği profesörü Marc Beutel ile ortaklık kurdu. Ayrıca, NASA’nın Bilim Misyon Müdürlüğüne ilgi duyan konuları takip eden umut verici lisansüstü öğrencilere üç yıla kadar finansman sunan Dünya Uzay Bilim ve Teknolojisi (Finesst) programından son derece seçici NASA Gelecek Araştırmacısı’ndan destek aldı.
Sensör hassasiyetinde tatlı noktayı aramak
Barreto Martinez ve ekibi, mevcut uydu teknolojilerinin bu yeni uygulama için uygun hassasiyete sahip olup olmadığını belirleyerek başladı.
Tüm fiziksel malzemeler, elektromanyetik radyasyonun (EMR) dalga boylarını, özellikle görünür ışığı nasıl emdiklerine ve yansıttıklarına bağlı olarak benzersiz spektral imzalara sahiptir.
Bir sensörün spektral hassasiyeti veya ölçtüğü dalga boyları aralığı, çözünürlüğü veya tespit edebileceği ayrıntı miktarı her ikisinin de teknolojik sınırlamaları vardır. Ne yazık ki, bir uzay aracını yörüngeye başlatmanın doğasında bulunan boyut ve ağırlık kısıtlamaları göz önüne alındığında, her uydu her EMR dalga boyunu tespit etmek için donanımlı değil. Spektral duyarlılık ve çözünürlük konusundaki değiş tokuşlar gereklidir ve kriterler uydunun amaçlanan amacına göre dikkatle dikkate alınır.
“Okyanus görüntüleme için tasarlanmış uydu sensörlerimiz var ve kara görüntüleme için tasarlanmış uydu sensörlerimiz var,” dedi Hestir, “ama ikisi de özellikle ulusumuzun iç kısmındaki gölleri ve su yollarını ölçmek için yapılmıyor.”
Arazi gözlemleyen uydular, daha yüksek çözünürlük sağlayan küçük piksellere sahiptir, ancak suya düşük spektral hassasiyete sahiptirler, bu da yararlı bir görüntü oluşturmak için gerekli EMR’yi yansıtmak yerine emme eğilimindedirler. Okyanus gözlem eden uydular ise büyük su kütlelerini tespit etmek için inşa edilmiştir, ancak görüntüleri buna göre daha büyük piksellerden oluşur.
Bloom verilerindeki boşluğu köprüleme
Barreto Martinez, Dünya Sağlık Örgütü’ne göre, hem klorofil hem de siyanobakteriyi – siyanotoksinler için güvenilir bir proxy olan klorofil tespit etmek için kullanılabilecek iki spesifik uydu buldu.
Daha geniş spektral duyarlılığı sayesinde, Sentinel 3, siyanobakterilerin ve klorofilin ne zaman mevcut olduğunu doğrulayabildi, daha yüksek çözünürlüklü Sentinel 2, gölün farklı bölgelerinde alg çiçeklenme yoğunluğundaki değişkenliği ayırt edebildi.
Araştırması için Barreto Martinez, 2016 ve 2022 yılları arasında alınan Sentinel 2 ve Sentinel 3’ten açık kaynaklı bilgiler kullandı ve DWR’nin rıhtımdan su örnekleri topladığı günlerde alınan görüntüleri seçti.
Ekip, dergide 2024 tarihli bir makalede paylaşırken GeoHealthSentinel 2’den elde edilen veriler, zemin örneklerinde bulunan toksin seviyeleri ile% 79’dan fazla anlaşma gösterdi ve Sentinel 3% 83 anlaşma buldu. Başka bir deyişle, uydulardan elde edilen bilgiler, dockside hab toksin tespiti ile yüksek derecede karşılık geldi ve uzaktan algılamanın göl içindeki alg çiçeklerinin boyutunu ve yerini belirleme yeteneğini gösterdi.
Barreto Martinez’in çalışmaları, çarpıcı bir veri toplama boşluğunu kapatmaya ve daha fazla kamu güvenliğini teşvik etmeye yönelik adımlar attı. İleride, uydu algılamasından elde edilen veriler, DWR’nin yer örneklerinin nereden alınacağına karar verirken, ajansın daha doğru halk sağlığı uyarıları daha hızlı yayınlamasına izin verebilir.
Hestir, projenin etkisini Barreto Martinez’nin metodik yaklaşımına bağladı.
“Brittany çok ısrarcıydı” dedi. Diyerek şöyle devam etti: “İlgili uydu teknolojisinde uzman olmayı, sofistike kodlama ve veri analizi becerileri geliştirmeyi, bu göl ekosistemleri hakkında derin sistem bilgisi oluşturmayı ve hatta doğrulama örneklerini toplamak için bir tekne sürmek için sertifika almayı kendi üzerine aldı.”
Endişe verici bir trendin belirlenmesi
Ekip, uzaydan görülebilen tüm California Lakes’ten tarihsel verileri gözden geçirdiğinde, son 15 yılda eyalet çapında toksik hab uyarı günlerinde – özellikle Güney Kaliforniya’da – şaşırtıcı bir artış buldular.
Bu eğilim, son yirmi yılda şiddetli yangınlarda bir artışa paralel olarak yeni bir soru sorarak: Orman yangınları doğrudan veya dolaylı olarak göl alglerindeki artışı yönlendirebilir mi?
Hestir’in orman yangını akışının kıyı halp üzerindeki etkilerini inceleyen NASA tarafından finanse edilen Kelpfire projesi, bitki örtüsü kaybının tortu ve yüzey akışını arttırdığını gösterdi. Bir yangından sonra, göllere ve rezervuarlara giren besin seviyelerini değiştirebilir.
“Havzanın ne kadarı yakıldı? Peki ne yandı?” dedi hestir. “Su yollarına zararlı kirleticiler ve ağır metaller ekleyebilecek insan yerleşimleri yok edildi mi?
“Bir orman yangınının ne zaman ve neden bir etkisi olduğunu daha iyi anlamak için NASA, UCLA ve USGS’deki meslektaşlarımızla çok çalışıyoruz.”
Hestir’in araştırması, Citris Havacılık Girişimi tarafından desteklenen Citris araştırmacıları ve NASA arasında ortaya çıkan birkaç işbirliği arasında.
İnsanları döngüde tutmak
Bu arada, saha örneklemesi San Luis rezervuarında, besin seviyeleri gibi görsel olarak belirlenemeyen suyun niteliklerini izlemek için gerekli kalacaktır.
Barreto Martinez, “Uzaktan algılama ‘kap’ örneklerinin yerini almayı amaçlamıyor; iki teknik el ele çalışıyor,” dedi. “İnsanların yapamayacağı yerde, bu makineler yapabilir.”
Barreto Martinez, erişilebilir ve güvenilir verileri kullanan ek bir ölçüm aracı sunarak, uzaktan algılamanın yeteneklerini bir zamanlar mümkün olduğundan daha fazla genişletebildi.
“Halk sağlığı perspektifini ele almak çok faydalı oldu,” dedi, “algılama teknolojisini insanların günlük yaşamlarını ve güvenliğini geliştirmeye bağladı.”
