Ny overvåkingsteknologi med bruk av sensorer og fjernovervåking Kai Sørensen, Sigrid Haande, Uta Brandt og Are Folkestad Norsk Institutt for Vannforskning 1
Innhold Sensorer Måleprinsipper Kalibrering Sammenheng mellom variable Eksempler på sensorplattformer 2
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
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
Klorofyll-a fluorescence 5
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
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
Klorofyll-a_Fluorescence/ Klorofyll-a forholdet 3.5 Color Festival 2004 "Night and Day" Fluorescence/Chlorophyll-a (Weight) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 Par>300 Par<300 0.5 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month nr. Forholdstallet kan variere med en faktor 4 Lavest under blomstringsperioder på våren 8
Phycocyanin fluorescence Forfatternavn 9
Dyp Steinsfjorden 26.8.2010 Steinsfjorden 26.08.2010 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Phycocyanin (µg/l) 0 2 4 6 8 10 1997: Oppdaget masseforekomst av blågrønnbakterieslekten Planktothrix på 10-12 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
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 (2005-2007). Vanndirektivets klassifiseringssystem brukes i Vansjøovervåkingen. TriOS MicroFlu Blue Phycocyanin sensor benyttes i overvåkningen 11
Phycocyanin og planteplankton 12
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
Pycocyanin fluorescence or RFU values Sammenligning av kalibreringer for YSI og TriOS 200 175 YSI_PC-fluorescence (RFU *10) 150 MicroFlu Blue (Phycocyanin-fluorescence (myg/l) 125 100 75 50 25 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Microcystis, klorofyll-a (myg/l) Ulike instrumenter kan være kalibert veldig forskjellig (faktor 10) 14
Pycocyanin fluorescence or RFU values Interferense fra grønnalger på phycocyanin signalet 100 90 YSI_PC-fluorescence (RFU*10) 80 MicroFlu-Blue (Phycocyanin fluorescence myg/l) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Selenastrum, klorofyll-a (myg/l) Micro-Flu fra TriOS har mindre interferense fra grønnalger enn YSI 15
Chlorophyll-a (myg/l) Kalibering av phycocyanin fluorescence sensor Test of Microflu blue sensor (Phtcocyanin) for ulike alger. 20 19 18 Microcystis 17 Anabena 16 CYA397 Red planktotrix 15 CYA98 Green planktotrix 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Pycocyanin fluorescence (TriOS) Phycocyanin mengden relativt til klorfyll-a kan variere mye 16
Humus/TOC absorbsjon og fluorescence 17
Eksempel fra målestasjon Langtjern 18
2.5 2 1.5 1 0.5 0 TriOS ProPS sensorer gir UVabs absorbsjonspektra - UV-abs 3 254 nm 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 bølgelengde nm 19 27.08.201 28.08.201 29.08.201 30.08.201 31.08.201 01.09.201 02.09.201 03.09.201 04.09.201 05.09.201 06.09.201 06.09.201 07.09.201 08.09.201 09.09.201 10.09.201 11.09.201
TriOS CDOM fluorescence http://www.aquamonitor.no/langtjern/default.aspx 20
Turbiditet 21
Kontroll av turbiditets sensor med vannprøver 22
Sammenhengen mellom turbiditet og susp. materiale Konvertering fra Turb til TSM krever en lokal kalibrering 23
Fjernmålingsplattformer 24
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). http://www.mercatorocean.fr/html/lettre/presentation_lettre_en.html. 25
Ferrybox systems på Color Fantasy mellom Oslo og Kiel Dekk sensorer Ed Ld Ferrybox-sensorer på 4 meters dyp Lu 26
Sensorer Cyanobacteria CDOM Algae Temp.Salinity Particles Oxygen 27
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
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
Satellittdata 30
Kombinasjon av sensormålinger og satellittdata (www.ferrybox.no) Daglige målinger Skyavhengig Klorofyll-a Partikler Siktdyp 31
Arealdekning (%) for siktedyp innenfor Hvalerøyene Siktdypet i Hvaler 120 SFT-klasse V SFT-klasse IV SFT-klasse III 100 80 60 40 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 1990-95 32
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
Siktdyp fra satellitt 34
Siktdyp-årsmiddel Annual mean Secci Depth 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 in situ MERIS 1.0 0.5 0.0 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
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
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
Takk for oppmerksomheten! 38