Ny overvåkingsteknologi med bruk av sensorer og fjernovervåking

Transkript

1 Ny overvåkingsteknologi med bruk av sensorer og fjernovervåking Kai Sørensen, Sigrid Haande, Uta Brandt og Are Folkestad Norsk Institutt for Vannforskning 1

2 Innhold Sensorer Måleprinsipper Kalibrering Sammenheng mellom variable Eksempler på sensorplattformer 2

3 Sensorer og sensorplattformer Manuelle/håndholdte in situ sensorer Klorofyll-a/klorofyll-a fluorescence BBE, TriOS, YSI etc Phycocyanin og Phycoerytrin fluorescence TriOS, YSI etc Partikler/Turbiditet YSI, Polymetron etc Humus/CDOM-Colour Dissolved Organic Material fluorescnece Turner, TriOS etc Kontinuerlige sensorer(ferrybox/rigger) In-situ Fjernovervåkning Satellitt Flydata 3

4 Måleprinsipper og noen variable Fluorescence Klorofyll-a Organisk materiale (CDOM, Humus, TOC) Oksygen (Optode) ph (forsuring) Absorbsjon (a) UV-Absorbsjon (Absorbance/cm), 254 nm Farge (mg Pt/l), 410 nm In vivo absorpsjon for klorofyll-a (ny standard på høring) ph (Spektrofotometrisk havforsuring) Spredning (b) b b -meter (m -1 ) Turbiditet (FNU ~ NTU ~ FTU) Transmisjon (c = a + b) ac9-meter (9 bølgelender) (m -1 ) c-meter (en-kanals) (m -1 ) %T er blitt brukt som enhet (rent vann 100% T) Siktdyp (Secchi Disc Depth) Optisk størrelse som korrelerer med c og k, S=1/c+k, hvor k er den vertikale svekningskoeffisienten til nedoverrette irradians (lys) 4

5 Klorofyll-a fluorescence 5

6 Klorofyll-a fluorescence målt fra fergen Color Festival våren 2007 Oslo 60 N 59 N NORWAY Jomfruland SWEDEN Lista Arenbdal St. 2/3 DENMARK 58 N Fredrikshavn Jan Feb Mar Chl-a [mg/m^3] 6

7 Kalibrering av klorofyll-a fluorescence med vannprøver Målinger i overflatevann ( 4 m) i Skagerrak (Oslo-Hirtshals) Klorofyll-a sensor om bord på et Ferrybox system Vannprøver innhentet automatisk av Ferrybox systemet 7

8 Klorofyll-a_Fluorescence/ Klorofyll-a forholdet 3.5 Color Festival 2004 "Night and Day" Fluorescence/Chlorophyll-a (Weight) Par>300 Par< Month nr. Forholdstallet kan variere med en faktor 4 Lavest under blomstringsperioder på våren 8

9 Phycocyanin fluorescence Forfatternavn 9

10 Dyp Steinsfjorden Steinsfjorden Phycocyanin (µg/l) : Oppdaget masseforekomst av blågrønnbakterieslekten Planktothrix på m dyp i Steinsfjorden Stort sett årlige oppblomstringer av Planktothrix i metalimnion (10-12 m) Planktothrix produserer toksiner og det kan utgjøre en helserisiko i forhold til drikkevann og rekreasjon (bading). Steinsfjorden brukes ikke lengre som drikkevannskilde og bading har vært frarådet ved flere ganger de siste 13 årene. Bruk av phycocyanininstrumentet gir informasjon i felt om mengde og fordeling av blågrønnbakterier i Steinsfjorden 10

11 Vansjø Overvåkes ukentlig fra slutten av april til midten av oktober, årlig Det har vært flere år med kraftige oppblomstringer av blågrønn- bakterier i vestre del av Vansjø ( ). Vanndirektivets klassifiseringssystem brukes i Vansjøovervåkingen. TriOS MicroFlu Blue Phycocyanin sensor benyttes i overvåkningen 11

12 Phycocyanin og planteplankton 12

13 Årungselva Det benyttes en YSI 6600 multiprobe med sensorer for turbiditet, phycocyanin fluorescence og temperatur i overvåkningen. Hver sommer transporteres det store mengder av giftproduserende blågrønnalger fra Årungen via Årungselva til Bunnefjorden. Hittil trodde man at algene dør ved kontakt med saltvann. Observasjoner har vist at blågrønnalger overlever og kan bli fordelt i hele Bunnefjorden. Kan medføre en akkumulasjon av giftstoffer og en overskridelse av grenseverdien for badevann (10 µg/l) Bunnefjorden. 13

14 Pycocyanin fluorescence or RFU values Sammenligning av kalibreringer for YSI og TriOS YSI_PC-fluorescence (RFU *10) 150 MicroFlu Blue (Phycocyanin-fluorescence (myg/l) Microcystis, klorofyll-a (myg/l) Ulike instrumenter kan være kalibert veldig forskjellig (faktor 10) 14

15 Pycocyanin fluorescence or RFU values Interferense fra grønnalger på phycocyanin signalet YSI_PC-fluorescence (RFU*10) 80 MicroFlu-Blue (Phycocyanin fluorescence myg/l) Selenastrum, klorofyll-a (myg/l) Micro-Flu fra TriOS har mindre interferense fra grønnalger enn YSI 15

16 Chlorophyll-a (myg/l) Kalibering av phycocyanin fluorescence sensor Test of Microflu blue sensor (Phtcocyanin) for ulike alger Microcystis 17 Anabena 16 CYA397 Red planktotrix 15 CYA98 Green planktotrix Pycocyanin fluorescence (TriOS) Phycocyanin mengden relativt til klorfyll-a kan variere mye 16

17 Humus/TOC absorbsjon og fluorescence 17

18 Eksempel fra målestasjon Langtjern 18

19 TriOS ProPS sensorer gir UVabs absorbsjonspektra - UV-abs nm bølgelengde nm

20 TriOS CDOM fluorescence 20

21 Turbiditet 21

22 Kontroll av turbiditets sensor med vannprøver 22

23 Sammenhengen mellom turbiditet og susp. materiale Konvertering fra Turb til TSM krever en lokal kalibrering 23

24 Fjernmålingsplattformer 24

25 Ferrybox plattformer - MyOcean Kart over Ferrybox systemer i Europa: NIVA (NO), IMR (NO), Marlab/FRS (UK), GKSS (GER), BCCR/UoB (NO), NOCS (UK), POC (UK), NIOZ (NL) SYKE (FIN), SMHI (SWE), TTU (EST), LOMI (EST). 25

26 Ferrybox systems på Color Fantasy mellom Oslo og Kiel Dekk sensorer Ed Ld Ferrybox-sensorer på 4 meters dyp Lu 26

27 Sensorer Cyanobacteria CDOM Algae Temp.Salinity Particles Oxygen 27

28 Høyfrekvent måling kontra rutine prøver NORWAY Jomfruland SWEDEN Lista Arenbdal St. 2/3 20 Chl-a (mg/m3) 15 Sampling from Ferrybox DENMARK 10 Sampling from traditional research cruises/monitoring program 5 0 Jan Feb Mar Apr Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Des 28

29 Innsamling med bruk av Ferrybox systemet er foreslått mot VRD Water types Not classified Open, exposed coast Moderate exposed Coast/fjord/archipelago Protected coast/fjord Oxygen poor fjord Narrow straith Proposed stations Trend Reference 29

30 Satellittdata 30

31 Kombinasjon av sensormålinger og satellittdata ( Daglige målinger Skyavhengig Klorofyll-a Partikler Siktdyp 31

32 Arealdekning (%) for siktedyp innenfor Hvalerøyene Siktdypet i Hvaler 120 SFT-klasse V SFT-klasse IV SFT-klasse III Sommersituasjon (juni - september) 20 Flomsituasjon (april - mai) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Siktedypet (m) Ytre Oslofjord Hvaler undersøkelsen

33 Eksempel fra en studie med satellittdata over Østfold Satellittdata er nå med 300 m geom. oppløselighet Nye sensorer kommer i 2012/13 med 100 m Bør egne seg for innsjøer og land Utviklingsarbeid vil bli satt igang 33

34 Siktdyp fra satellitt 34

35 Siktdyp-årsmiddel Annual mean Secci Depth in situ MERIS FEM1 FREVAR2 ISE1 LYS RØD1 VAN1 VAN2 Satellittdata gir rimelig gode årsmidler av siktdyp sammenlignet med feltobservasjoner Er de optiske forholdene i lokaliteten styrt av planteplankton kan vi også si noe om klorofyll-a mengden 35

36 Oppsummering I Mengden av planteplankton kan måles med klorofyll-a fluorescence Må kalibreres med vannprøver - sesongmessig Faktor 4 gjennom året kan forekomme Blågrønnalger kan detekteres og kvantifiseres med phycocyanin fluorescence Må kaliberes mot aktuell alge/lokalitet Vær oppmerksom på interferenser Partikler kan bestemmes med in situ turbiditet sensorer (ISO-standard) TSM kan beregnes fra Turbiditet, men krever vanntype kalibrering 36

37 Oppsummering II Humus eller CDOM fluorescence for TOC (DOC) bestemmelser Kun den fluoreserende andel Kalibering er viktig Kontinuerlige målinger med Ferrybox eller sensorer på rigger gir viktige høyfrekvente målinger Satellittdata gir gode oversiktsbilder av variable om siktdyp i innsjøer og også plankton som klorofyll-a når de optiske forholdene i lokaliteten er styrt av planktonalger 37

38 Takk for oppmerksomheten! 38