VIMS与联邦伙伴合作研究藻华
每年夏中末，切萨皮克湾下游的藻华达到顶峰，这对研究来说是出了名的具有挑战性。威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋科学研究所与美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局合作，利用最新的卫星技术，更好地追踪某一天快速变化的藻华可能出现的位置，正在应对这一挑战。
“卫星图像确实有助于指导我们的采样工作，”VIMS教授金伯利·里斯说。“否则，你就只能东奔西跑，试图弄清楚发生了什么。”据报道，今年的海湾水华范围从马里兰州边境附近到弗吉尼亚州东海岸的查尔斯角，任何准确定位它们位置的帮助都将大有裨益。
除了它们的流动性——藻华往往发生在斑块和卷须上，随着潮汐、风和水流的变化而变化——它们也给研究人员带来了挑战，因为它们不断变化的藻类种类混合。只有其中的一些——并且只有在特定的条件下——产生毒素，这些毒素可以将原本良性的聚集转化为科学家所说的有害藻华或HAB。有害藻华毒素对海洋生物和人类健康都有危害。
多年来，科学家们一直依赖于在水面上观察海湾藻类——最常见的当地物种会把水染成锈红色——近年来，VIMS的科学家们开始提高他们的目光，首先使用航空摄影，现在到达更高的地方，从太空中观察水华事件。
开展合作
NASA的合作始于去年夏天，当时总部设在NASA Langley的DEVELOP项目与Reece、VIMS的同事Wolfgang Vogelbein、Old Dominion大学的同事以及弗吉尼亚州环境质质部和自然资源部长办公室的官员合作。
development的国家科学顾问Kenton Ross说，这个项目的目标是“展示NASA在地球观测方面的投资如何用于社会效益。”他补充说：“我们发现，我们为期10周的项目是一个很好的方式，让机构合作伙伴了解NASA的信息产品和传感器，以及这些产品如何帮助他们完成一些工作。”
偶然的光谱
2015年夏天，项目参与者探索了如何利用美国卫星的数据来帮助实时监测赤潮，记录相关的水质状况，并预测未来的水华。
{{youtube:small:right|O13jxUt3JpI，来自NASA DEVELOP项目的视频描述了2015年的合作。}
他们最初关注的是来自美国宇航局Aqua和Terra卫星的数据，这两颗卫星每天对切萨皮克湾进行采样，其波长捕捉到用于识别藻类生长的叶绿素特征。他们还检查了由美国宇航局和美国地质调查局开发、发射和运营的陆地卫星的数据。Landsat并没有对沿海水域中检测藻类的理想波长进行采样，每16天才经过海湾一次。但它可以显示出藻华的迹象，并提供更高分辨率的数据，与Aqua和Terra卫星上的MODIS传感器的1公里像素相比，它的像素为250米。
Reece继续依靠MODIS数据来跟踪切萨皮克湾开放水域的水华活动，其相对粗糙的分辨率较少受到关注。她说：“MODIS对主机真的很有帮助。”“我们在美国国家海洋和大气管理局的同事里克·斯坦普夫和谢利·汤姆林森能够处理并向我们发送每日MODIS图像，这些图像显示过去几周海湾中央一直有一个非常持续的水华斑块。”
但NASA项目的真正突破来自一个意想不到的方向，在夏末，NASA戈达德的一个团队驾驶一架配备了“高光谱”传感器的飞机飞过了下海湾。顾名思义，这种传感器在整个电磁光谱中以非常精确的间隔记录波长，从红外线到可见光到紫外线。
罗斯说：“我们碰巧在浓密的亚历山大藻华期间从约克河下游获得了高光谱图像，我们看到了一个很大的反应，在705-710纳米的区域出现了一个强烈的峰值。”monilatum亚历山大藻是最近海湾爆发的两种主要藻类之一，已知会释放对其他海洋生物有害的毒素，特别是幼虫贝类和鱼类。
罗斯说，这个光谱峰的发现是“我们在2015年项目结束时刚刚开始理解的一种见解”。但到了今年，当罗斯看到Vogelbein与项目合作伙伴分享的另一张亚历山大花的航拍照片时，他的脑海里突然灵光一闪。
罗斯说：“8月29日，沃尔夫冈发布了一组关于下约克及邻近地区开花活动的航拍照片。”“我想起了我们前一年所做的事情，并意识到一种新的欧洲传感器可能会给Kim和她的团队带来一些启示。”
该传感器搭载在欧洲航天局于2015年6月发射的Sentinel-2a卫星上。罗斯说：“它恰好是在700纳米波长的特定集合中取样，我们去年的工作表明，这对观察水中的叶绿素非常重要。”该传感器的采样分辨率非常高，图像像素小至10平方米。
“哨兵卫星的图像真的很有帮助，”里斯说。“分辨率要高得多，这使我们能够深入观察河流——约克河、拉帕汉诺克河和詹姆斯河。分辨率越高，画面就越清晰。这是截然不同的。”
MODIS传感器的分辨率较粗，只有1公里，它仍然是海湾开放水域的支柱，因为它的每日返回间隔的优势超过了它缺乏详细图像的优势。
未来的计划
尽管哨兵图像的使用已经预示着更好地监测和预测切萨皮克和其他沿海水域的藻华，研究人员相信未来会有更大的希望。
例如，目前哨兵-2a的一个缺点是它的返回时间很长，需要10天。但是，罗斯说，计划发射的姊妹卫星可以将其减半到每4到5天一次。的哨兵2b的发射定于2017年举行。
NASA和VIMS的研究人员也对在无人驾驶飞行器上部署叶绿素敏感传感器的潜力感到兴奋。“高光谱传感器完全有能力小型化，”罗斯说。“当你想到英联邦和VIMS想要的（监测花华）短时间的每日返回时间时，一架具有正确光谱波段的无人机将是合适的门票。”
Reece特别希望看到的一个进步是一种能够识别和区分不同藻类种类的传感器。“我们真的希望能够区分cochlordinium的花朵和Alexandrium的花朵，”她说，“这样我们就可以看到它什么时候发生了这种转变。”近年来，切萨皮克湾下游的藻类活动通常始于7月中下旬的多核核cochlordinium polykrikoides的爆发，随后两到三周后以a.m onilatum为主的爆发。
罗斯说：“物种分化是一个未来的研究项目，需要做更多的工作。”他似乎很高兴继续与里斯、沃格尔拜因和其他海洋科学家在这个和其他目标上合作。
罗斯说：“我预计这种合作关系将以非正式的方式向前发展。”“我们是科学邻居，我们喜欢合作。”Reece表示同意。“我认为这是一个非常富有成效的跨学科合作伙伴关系，许多拥有不同专业知识和不同工具的人都在努力解决一个非常复杂的问题。”
