2020年7月31日
研究人员提出了一种观察海洋深处的新方法，建立了一种利用光来探测藻类和测量关键属性的方法。
发表于应用光学报告使用一种基于激光的工具，激光雷达，收集这些测量比通常使用卫星可能的深度。
“传统的卫星遥感方法可以收集关于海洋上部的大量信息，但卫星通常不能‘看到’海洋顶部5米或10米以下的深度。”毕格罗海洋科学实验室的高级研究科学家、该论文的作者巴尼·巴尔奇说。利用一种让我们深入海洋的工具，就像拥有了一双新的眼睛。”
激光雷达利用激光发出的光来获取海水中粒子的信息，就像蝙蝠和海豚等动物利用声音对目标进行回声定位一样。通过发射光脉冲，并计时光束击中物体并反弹回来所需的时间，激光雷达可以感知像水中藻类一样的反射粒子。
该研究的主要作者布莱恩·科利斯特(Brian Collister)使用船上的激光雷达系统来探测藻类，并了解卫星无法测量的海洋深处的情况。2018年这艘游轮上的研究团队由来自老道明尼大学和毕格罗海洋科学实验室的科学家组成。
“激光雷达方法有可能填补我们从太空测量海洋生物能力的一些重要空白，”老道明尼大学的博士生科利斯特说。“这项技术将为海洋上层生物的分布提供新的线索，并让我们更好地了解它们在地球气候中的作用。”
在缅因湾，研究小组使用激光雷达探测和测量矿物碳酸钙的颗粒，收集有关颗石藻繁盛的信息。
这些藻类周围环绕着碳酸钙板，它们是白色的，反射性很强。这些板块以一种独特的方式散射光线，从根本上改变了光波的方向，并创造出一种激光雷达系统可以识别的可识别特征。
巴尔奇的研究小组已经通过缅因湾北大西洋时间序列研究缅因湾超过20年。他们在这个生态系统中发现和识别藻类的经验为测试激光雷达系统提供了关键的背景信息，这是该地区30年来观察到的最大的颗石藻爆发。
“这次巡航让我们有了一个理想的机会，可以尝试激光雷达系统，对水进行采样，并确切知道里面有什么物种，”巴尔奇说。“激光雷达已经在海洋中使用了几十年，但很少有研究在已证实的颗石藻华中进行，它深刻地改变了光在环境中的行为。”
颗石藻在全球海洋中茁壮成长，对塑造地球的生物地球化学循环发挥着巨大的控制作用。研究它们是了解全球海洋动力学的关键，但实地研究总是代价高昂。
该团队证实，使用激光雷达可能会让研究人员在不停止船只收集水样的情况下，远程估计颗石藻种群——这增加了他们收集宝贵数据的能力，从而也节省了宝贵的船舶时间资金。
研究小组还在海洋环境中测试了这种方法，包括马尾藻海的清澈深处和纽约市海岸的浑浊水域。他们发现，在这些不同的环境中，它是有效的。
激光雷达系统探测海洋深度是依赖太阳的被动卫星遥感技术的三倍。进一步的研究可能会建立方法，允许激光雷达测量卫星，以及。
“我们正在学习通过位于水面上方的激光雷达系统可靠地识别海洋中的粒子，这是一件大事，该研究的作者、老道明尼大学(Old Dominion University)教授理查德·齐默尔曼(Richard Zimmerman)说。“这是一个重大的进步，它可以彻底改变我们描述和模拟海洋生态系统的能力。”
这项工作得到了美国国家航空航天局、美国国家科学基金会和弗吉尼亚航天基金联盟的支持。
来源:https://www.bigelow.org/