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用“鳍”感受大海
来源:中国科学报      作者:张章编译      时间:2017-09-24 18:07      关键词:
摘要:科学家尝试通过冲浪者收集海洋环境信息

 冲浪板“鳍”能用来收集海洋数据。图片来源:Kat Hammond

8月29日上午10:24,Jon Cohen手持冲浪板冲进美国加州太平洋海岸。这次,Cohen进行了这个月里最成功的一次冲浪。其间的水温约为20.33°C至21.38°C。

而Cohen知道的数据之所以能精确到小数点之后,多亏了在冲浪时与其合作的两位科学家:斯克里普斯海洋研究所工程师Phil Bresnahan和海岸生物地球化学家Tyler Cyronak。

在纽约一个名为“失踪鸟”的非营利组织的支持下,Bresnahan和Cyronak开发了一个冲浪板鳍,包含温度传感器、GPS设备、微控制器电路板、蓝牙芯片和一个可充电电池。最终,他们还计划为其添加上pH值、叶绿素、盐度和氧气传感器。这些技术被打包在一个13厘米高的“智能鳍”中,而这个鲨鱼鳍样的设备被安装在Cohen的冲浪板上。

不过,科学家的目标不是帮助冲浪者监控他们的冲浪活动,而是收集研究沿海地区的数据。他们希望能够广泛分布这些鳍,以便追踪海洋生物富集的珊瑚礁和海藻林的健康状况,或者监测珊瑚漂白,以及弄清随着时间推移,海洋吸收的来自全球变暖的热量。

通过与冲浪爱好者基金会的合作,Bresnahan和Cyronak在过去3个月里为冲浪爱好者提供了50个“智能鳍”,于是,数据开始涌入。Cyronak指出,加州海岸有一些防洪堤上安装了温度测量仪,但它们十分少且距离非常远。他说:“科学家想要的是沿海数据,而海岸很难监测。要真正了解沿海地区的情况,你需要进行大量的测量。”

英国普利茅斯海洋实验室卫星海洋学家Robert Brewin认为,“利用冲浪者作为平台改善近岸环境取样有巨大的潜力”。Brewin专门研究浮游植物,并在普利茅斯的寒冷水域上冲浪,他把温度传感器夹在了冲浪者的脚踝上。他还为冲浪者佩戴了一个装着GPS装置的腰包。迄今为止,他的冲浪团队已经进行了400多次观察。

正如该团队最近发表在《科学公共图书馆—综合》和《河口、海岸和大陆架科学》杂志的论文所描述的那样,冲浪者在海上收集到的海面温度显示,近岸海域卫星测量数据并不可靠。

卫星的温度数据由先进型甚高分辨辐射仪(AVHRR)测得,与浮标的测量数据匹配。通常,浮标装备有精密的传感器,位于距离海岸约7到33公里的海域。但AVHRR获得的近海海域温度并不可靠。“在这一区域,我们不能相信卫星或模型的数据,因为它们尚未被评估。”Brewin说。

Brewin将“智能鳍”视为其领域的“高端定制工具”,极大改善了其臃肿且缺乏精确性的系统。“我们使用的这个工具包有些复杂,不太适合公民广泛的科学使用。”目前在测试5个“智能鳍” 的Brewin提到,“这片鳍确实有吸引市民的潜力。”他推算,英国有足够的冲浪者每年进行4000万次的环境测量。

Andy Stern是纽约罗切斯特市的一名退休神经学家,他经营着“失去的鸟”项目,并在4年前构思了“智能鳍”。他表示,该“鳍”的经费主要来自捐助者,并不打算在市场上售卖。而且,目前还没有计划大规模推广这种“鳍”。“成功并不意味着投放了多少‘鳍’。”Stern说。

目前,制造一个“智能鳍”和电池的费用是300美元。“它将永远不会在冲浪商店里出售。”Stern说。

Stern表示,“智能鳍”正在寻求国家科学基金会的资助,他希望该设备能填补沿海研究的“数据空白”,并激发新微型传感器的开发。他补充说,“智能鳍”是“一个象征,可能有助于激发和授权当地社区参与气候变化和科学政策相关工作”。

“迷失的鸟”项目将大海雀、拉布拉多鸭、卡罗来纳长尾小鹦鹉、新英格兰黑琴鸡和候鸽的雕塑,放在了它们灭绝前最后一次在北美出现的地方。这些“鸟类纪念碑”希望能让人们意识到自己对环境的影响,或者正如“迷失的鸟”的座右铭所言,“通过艺术让人们与地球更紧密地联系在一起。”

而Bresnahan提到,“智能鳍”“给更广泛的受众传递了信息”,而不仅仅是冲浪者。“我回家过圣诞节,告诉人们我正在为海洋健康做一个冲浪项目时,每个人都围着我转,想要了解更多信息。”

Cohen知道“智能鳍”可能无法跟踪其冲浪活动,但他还是询问Cyronak和Bresnahan:“其间GPS是否记录了我越过多少海浪?”Bresnahan发电子邮件说:“我记录的数值是21个,但我们没有很好的方法来确定。”

最后,对于“智能鳍”的价值所在,Bresnahan说:“人们总是问数据将会被用来做什么。我们认为需要新的传感器和平台,但可能直到推出一段时间后,我们甚至都不知道如何回答这些问题。”(张章编译)