斯坦福大学2019年的高科技海洋解决方案研究

2019年,漂浮机器人、防水标签系统和卫星等技术帮助斯坦福大学(Stanford University)的研究人员更好地了解和解决海洋面临的挑战,包括海水变暖、洪水和海鲜的可持续性。

Robotic floating buoy

作为生物地球化学-阿尔戈网络的一部分,一个装有传感器的机器人浮标漂浮在极地水域,通过测量帮助科学家回答有关浮游植物群落组成和海洋吸收二氧化碳的问题。(图片来源:P. Bourgain)

“几千年来,我们的能力来保护海洋的健康已经受到这一事实已经不可能在水里非常了解正在发生的事情,甚至从表面上看,“吉姆说Leape,斯坦福大学联合海洋中心解决方案,Q&粮食安全。“现在这种情况正在迅速改变,水中、卫星上、船上甚至渔网上的新传感器为海洋资源的使用提供了一个透明的新时代。”

更好地了解海洋、海洋生物和沿海社区所面临的问题可以导致采取更明智的行动和政策来解决这些问题。这项研究也增加了我们对地球上一块巨大而神秘的区域的基础知识。

探索海洋生命

海洋生物,如藻类和鱼类,构成了许多食物系统的支柱——但关于这些生物生活在哪里以及它们面临的威胁,仍有很多需要了解。

2014年和2015年,一队机器人在南极和非洲大陆之间的南大洋上冲浪,这让地球、能源和环境科学学院(斯坦福地球)的研究人员调查了两种罕见的海洋微藻爆发。地球系统科学教授凯文·阿里戈(Kevin Arrigo)和博士后学者马蒂厄·阿蒂纳(Mathieu Ardyna)看到这些营养物质匮乏的浮游植物大量繁殖,他们将卫星和浮筒数据与机器人的报告结合起来,发现深海热液喷口正在涌出营养物质,为藻类创造绿洲。

这一发现首次表明,从南大洋海底的开口中升起的铁可能会为这些水华提供燃料,并表明这些喷口可能会对海洋表面附近的生命和全球碳循环产生比之前认为的更大的影响。

其他机器人测量——连同钓鱼纪录,卫星数据和生物采样——帮助威廉侍从,人文与科学学院生物学教授,和他的合作者识别天气模式改变和水温的加利福尼亚湾,有可能导致巨型鱿鱼渔业的崩溃。

“你可以把它想象成一种海洋干旱,”斯坦福大学(Stanford)前研究生蒂莫西·弗罗利(Timothy Frawley)在一篇关于这项研究的报道中说。“在我们联想到初级和次级产量回升的冷水条件出现之前,加州湾的巨型乌贼可能仍将保持小规模。”

为了更好地了解在钓鱼和鱼在哪里发生,研究人员,包括芭芭拉块,Prothro斯坦福大学海洋科学教授,结合卫星跟踪的捕鱼船队地图海洋食肉动物的栖息地——决定使用长达十年的跟踪程序称为太平洋捕食者(TOPP)——识别标签重叠的地方。研究人员将重点放在东北太平洋的国际水域,发现来自台湾、中国、日本、美国和墨西哥的船只占了7种鲨鱼和金枪鱼主要栖息地的90%以上。这样的工作可以帮助在公海上发展更有效的野生动物管理。

近距离观察紧迫的问题

在另一项研究中,技术帮助研究了海洋变化的方式以及海平面上升如何影响我们在陆地上的生活。

斯坦福大学地球物理学助理教授达斯汀·施罗德(Dustin Schroeder)希望改进海平面上升的预测,他将1971年至1979年间拍摄的斯韦茨冰川的老式破冰雷达记录与现代数据进行了比较。施罗德和他的团队发现南极冰川东部冰架的融化速度比之前估计的要快。

施罗德在一篇关于这项研究的报道中说:“旧数据如此之好,令人惊讶。”“他们是非常细心和深思熟虑的工程师,它比你想象的要丰富得多,外观也更现代。”

与此同时,在较为阴暗的水域,斯坦福大学(Stanford)土木与环境工程教授奥利弗•弗林格(Oliver Fringer)已开始测试一架配备了特殊摄像头的无人机,该无人机可以显示旧金山湾(San Francisco Bay)沉积物流动和沉降的高分辨率细节。

“泥浆并不迷人,但泥浆是所有污染物聚集和粘附的地方,”弗林格在工程学院的一篇报道中指出。研究这些沉积物可以告诉研究人员很多关于水道健康的信息,并提示他们如何应对气候变化。

在海岸之外,斯坦福大学的研究人员研究了2017年发生在马里兰州安纳波利斯的涨潮洪水的影响。研究人员利用停车计时器、卫星图像、采访和其他数据,来确定潜在客户在洪水期间是如何被劝阻的。他们发现,洪水给城市码头生意造成的损失不到每年游客的2%,但警告说,随着海平面继续上升,情况可能会变得更糟。

“所以我们经常认为气候变化和海平面上升这些巨大的理念在全球范围内发生,但风暴潮将波及的洪水是经验的一种方法在日常生活中这些变化只是想去你的餐厅预订,”鸠山幸日野说,他是斯坦福大学的研究生的时候就开始致力于这项研究,关于这项研究的一篇文章中。

海岸灾害也是斯坦福大学自然资本项目在巴哈马开展工作的重点。这些研究人员将有关风暴和海平面上升的信息与人口普查数据和卫星地图结合起来,向巴哈马政府展示,在那里投资于自然可以为人们提供最大的利益——以及海岸保护。

利用他们的开源软件,研究人员能够绘制出由珊瑚礁、红树林和海草提供的整个国家海岸的沿海风险降低情况。他们的发现是越来越多的研究的一部分,这些研究表明,相对于传统的建造海岸线保护设施(如海堤和防波堤),天然防御设施更能适应气候变化。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2020/01/07/high-tech-ocean-solutions-2019/

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