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數據可靠,更節省時間和精力

2021-06-30,星期三

數據可靠,更節省時間和精力

背景

路易斯安那州的商業捕蝦業對整個州及其墨西哥灣沿岸的社區都具有極大的經濟價值。2011 年捕撈作業的產值就有大約 1.3 億美元。為了妥善管理每年兩次商業捕蝦季的開始和結束時間,該州一直依賴于兩個環境指標來預估蝦群的興旺狀態,進而確定春季捕撈的持續時間和秋季捕撈的開始時間。首先是根據現場所記錄的沿路易斯安那州海岸蝦群自然棲息地的海水鹽度和溫度數據估計蝦群的規模。其次是進行頻繁的現場捕撈,由生物學家來衡量蝦的成熟度。不難看出,現場捕撈作業不但成本不菲,也很浪費時間,尤其是要追蹤數百個河口蝦群棲息地的環境是否健康,有的還在很遠的地方。

為了試著減少對昂貴的現場捕撈活動的依賴,研究人員正在探索一種質量更高,持續時間更長的部署方案,并配有成套現場儀表,特別是針對最偏遠的蝦群棲息地。為了實現該目的,路易斯安那州的一組聯邦水文科學家和現場技術人員正著手評估將部署在沿海環境的最新水質儀器的性能。水文科學家們選擇了一處已有的測量點進行評估,該測量點位于路易斯安那州霍馬附近的卡尤湖。選中該處是因為它的中心靠近蝦群的多處主要棲息地,并且過去在夏季曾出現過非常嚴重的污染。

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項目啟動

該項目始于2012年5月,專家們分別部署了三個水質儀器,其中包括 Sea-Bird Coastal HydroCAT 分析儀。主要目的是確定需要多久才可以依靠這些指定的儀器為客戶提供穩定的高品質鹽度和溫度數據,之后人們才能利用這些數據估算蝦群的規模。三臺儀器被用絞車系泊在已有觀測墩的旁邊,如圖 1 所示。

部署完畢,隨后每30天左右水文學家們就會去了解現場的情況。每次走訪,這些專家就會從三個儀器上下載數據,并用清潔的儀器讀取水質讀數。

初步結果

水文專家們第一次回到部署地點是在七月中旬。從所有三個部署的對比分析儀中收集的數據可當成是從一個清潔的、新近校準過的參考分析儀中收集的一個數據集。并且對每臺儀器進行拍照,記錄他們從湖中取出時的狀態。所部署的每臺儀器都未以任何方式進行過清洗。經檢查證實,HydroCAT 的外部有明顯的生物生長(藤壺等)情況,但有兩處例外。如圖 2 所示,內部測量流路中的進水口和排水口都不會被生物淤積物的生長所遮蔽。通過定期使用板載的集成泵和微型防污設備可使進出水口均保持暢通。

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第一次前往測量點對比了每臺儀器的結果后,專家們將結果匯總為下方的表1中。請務必注意,從2012年5月開始部署儀器以來已經過了55天。

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近兩個月的部署后,盡管生物污染重,HydroCAT 的電導率仍然很好地保持在了±3%內,這是美國地質調查局對電導率所限定的方差規格。

隨訪結果

八月中旬,水文專家們再次回到卡尤湖部署點。和之前在測量點一樣,他們開展了同樣的工作,將結果匯總在下方的表2中。請注意,自開始部署以來,時間已經過了84天。

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結果討論

圖4中,顯示了在夏季這個高污染季兩次考察卡尤湖現場的累計結果。經過近60天的部署后,和清潔儀器的結果對比,2號和3號儀器的電導率分別漂移了-15%和-77%,而 HydroCAT 的漂移則小于 -0.2%。經過近90天后,2 號儀器又漂移了-25%,3 號儀器的狀況則有小幅回升,為 -67%。而 HydroCAT 在這次考察期間與清潔的儀器相比其下降程度仍小于-1%。在被帶回 Sea-Bird 后,重新校正的HydroCAT 的漂移率被定為0.1% ,處在美國地質調查局規定的3% 漂移指標內。此圖和部署后的校準數據表明了 HydroCAT 有能力在整個近90 天的運行周期內確保數據準確可用。

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結論

在部署儀器的這段時間內主要有三點收獲。首先是有了更高的精確度,擴展了部署儀器的能力,使水文學家們能更靈活地進行實地測量。如果因為現場不安全或意外延遲而未能從現場得到數據,儀器將繼續準確而可靠地記錄數據,直到下一次有人能從現場取得數據為止。其次,額外的精度和布置耐久性意味著原始數據不需要任何的后期處理。這樣就能節省大量的時間,而不用回到實驗室后再單獨收集、處理和審批數據后再公布。當數據需要后期處理時,水文學家必須提出校正曲線的申請且必須要在審核通過后才能進行修正。一旦這項工作完成,就會根據美國地質勘探局的標準對數據質量評 級。之后可能會花相當長的時間去陸續收集、修正和發布評為一般或較差質量的數據。最后,也是最重要的是,由于數據只需很少或根本無需后期處理,因而更加可靠。由于原始數據符合美國地質調查局的QA /QC要求,無需后期處理,因此其數據質量評級會自動評為優良。品質評級為優良的原始數據無需更多解釋,公共或私營部門對其的質疑也更少。

最終,這個論證表明了HydroCAT可借由連續的監測程序,提供精確可靠的數據,這樣即便在環境監測條件非常不穩定的情況下也能更有效地發布。

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