宇航局科学家测试追踪藻华的新工具

到2020年佛罗里达州西海岸的一系列大规模藻华结束时，坦帕湾周围约2000吨海洋生物的亡将与此有关。人员伤亡也很严重，包括萨拉索塔县和皮内拉斯县的哮喘病例呈两位数增长，从旅游业到渔业等各经济部门估计损失约 10 亿美元。

几十年来，地球轨道卫星一直被用来从太空探测藻华，与直接对水采样相比，能够在更广泛的区域进行更频繁的观测。最常见的观测技术依靠可见光谱来测量海洋颜色。然而，这种方法主要限于晴朗的天空条件。

由宇航局南加州喷气推进实验室的科学家领导的《地球物理研究快报》最近的一项研究表明，一种名为 TROPOMI 或对流层监测仪器的天基仪器如何能够透过薄云层进行观察，以发现有关短卡累利阿虫的有力线索(或 K. brevis)，这种微小藻类导致了 2020 年的水华。TROPOMI 增强的“观察”和测量细波长光的能力可能有助于联邦机构和当地社区更好地预测和管理有害疫情。(TROPOMI 搭乘 2017 年发射的欧洲 Sentinel 5P 航天器飞行。)

科学家们检查了西佛罗里达陆架，这是从狭长地带到群岛的一段弧形大陆地壳。短K. brevis 的起源地是墨西哥湾的其他地区，随着强风和洋流被带到海岸线。最近的研究表明，佛罗里达州西部与许多沿海社区一样，可能越来越容易受到疫情爆发的影响，因为这些藻类在径流、化肥和气候变化的推动下，在营养丰富、温暖的条件下繁衍生息。

许多州和沿海地区(包括墨西哥湾和五大湖)都有监测和预报有害藻华的系统。国家海洋和大气管理局 (NOAA) 与学术界、州、部落和地方合作伙伴合作，在藻华发生季节制定并发布有害藻华预报(类似于天气预报)。

短海藻事件尤其令人担忧，因为这种藻类会产生一种强效神经素，高浓度时会导致大量鱼类亡，并害海龟、海牛和鸟类等海洋生物。这种素还可以被吸入，导致人类呼吸道疾病，并且可以在贝类中积聚，导致食用贝类的人出现胃肠道疾病。

当藻类通过光合作用进食和生长时，短藻会发出微弱的红光，称为太阳诱导荧光( SIF)，可以被一些卫星仪器检测到，包括 TROPOMI，它实际上是为了测量空气污染而设计的。

研究小组筛选了 2018 年至 2020 年间在佛罗里达州西部海岸采集的 TROPOMI 数据，发现该仪器收集到的藻类发出的荧光信息大约是之前依赖海洋颜色的方法观察到的两倍。TROPOMI 的先进成像功能(包括四个测量从紫外线到短波透视 线范围内的光的光谱仪)使其能够穿透薄云层并更频繁地获得海洋表面的测量结果。

天基优势

科学家们表示，他们的发现证明了单独使用 TROPOMI 或与其他地球观测工具配合使用的价值，例如 NASA 长期使用的 Aqua 和 Terra 卫星上的 MODIS(中分辨率成像光谱仪)仪器。MODIS 测量海洋颜色，目前佛罗里达州和其他地方的环境管理者正在使用 MODIS 在晴天检测藻类。

另一款海洋颜色仪器计划于 2024 年初推出，将以前所未有的方式观察世界海洋生态系统。NASA 的 PACE(浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统任务)将以比以前的传感器更多的波长来研究浮游植物和其他海洋生物学、大气气溶胶和云。这些观测结果将有助于预测有害藻类的出现、渔业的繁荣-萧条周期以及影响商业和娱乐业的其他因素。

“近 20 年来，海洋颜色传感器一直是卫星监测有害藻华的基础，”主要作者、宇航局喷气推进实验室博士后项目研究员凯利·路易斯 (Kelly Luis) 说。“TROPOMI SIF 的这一应用展示了卫星技术的结合如何能够支持晴空条件之外的早期预系统。”

事实证明，通过卫星进行预具有现实意义。最近的一项案例研究发现，早期发现犹他湖中的蓝藻可以节省大量医疗费用、减少工作时间和其他经济损失。几天的提前告可以转化为更快的实地行动，包括公共报甚至关闭海滩。

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