Глобальный мониторинг эвтрофикации; инструмент планетарного масштаба для глобально согласованной оценки прибрежной эвтрофикации
Ключевые моменты
- Мы представляем приложение планетарного масштаба (на базе Google Earth Engine) для глобально согласованной оценки эвтрофикации, как никогда раньше.
- Приложение определяет тенденции эвтрофикации во всем мире исключительно на основе спутниковых данных о хлорофилле-а.
- Приложение может обнаруживать территории с серьезными симптомами эвтрофикации и зоны с улучшением качества воды.
Международная исследовательская группа во главе с доктором Элижио де Раусом Мауре и доктором Генки Тераучи, двумя исследователями Центра экологического сотрудничества северо-западной части Тихого океана (NPEC), профессором Джоджи Ишизакой, Института исследований окружающей среды между космосом и Землей (ISEE), Университет Нагои а двум сотрудникам Google (д-ру Николасу Клинтону и Майклу ДеВитту) удалось составить карту эвтрофикации прибрежных районов в глобальном масштабе из космоса с помощью разработанного ими инструмента Global Eutropication Watch: https://eutrophicationwatch.users.earthengine.app/view/global-eutrophication-watch
Эвтрофикация – это новая глобальная проблема, связанная с увеличением антропогенной нагрузки питательными веществами (например, азотом и фосфором). Повышенная нагрузка питательными веществами в результате таких видов деятельности, как бытовые сточные воды, промышленные сточные воды и/или удобрения, поставляемые в прибрежные воды по всему миру, приводит к чрезмерному разрастанию фитопланктона, что приводит к появлению красных приливов и/или гипоксии. Такая деградация прибрежных экосистем получила название «антропогенная эвтрофикация». Воздействие и масштабы этой антропогенной эвтрофикации часто ограничиваются регионами, в которых действуют специальные программы мониторинга. Итак, здесь мы представляем Глобальный мониторинг эвтрофикации, первый глобальный и основанный на Google Earth Engine (GEE) интерактивный инструмент оценки потенциала прибрежной эвтрофикации (CEP) во всем мире.
В этом инструменте для глобального скрининга CEP были применены спутниковые данные о хлорофилле-а (CHL) за 2003–2020 годы с пространственным разрешением 4 км. С другой стороны, для оценки КЭП в северо-западном Тихоокеанском регионе использовался региональный набор данных с пространственным разрешением 1 км, охватывающий период с 1998 по 2020 год. Региональный набор данных позволил улучшить оценки CHL и особенно актуален для Желтого и Восточно-Китайского морей.
Благодаря использованию исключительно полученных со спутников данных CHL, показателя биомассы фитопланктона, инструмент оценивает уровни и тенденции CHL мировых океанов и крупных озер и классифицирует их на шесть классов, то есть три, связанные с тенденциями CHL (D-уменьшение , N-нет тренда и I-повышение) и два с уровнями CHL (H-высокий, L-низкий). Таким образом, становится возможным предварительное обнаружение вод, потенциально подверженных эвтрофикации (LI, HI) и олиготрофификации (LD, HD) во всем мире. Такая карта предоставляет управляющим прибрежными водами индикатор, который помогает им решить, где необходима дальнейшая оценка.
Это беспрецедентный случай, поскольку инструмент основан исключительно на спутниковых данных CHL и выполняет вычисления «на лету», используя возможности Google Earth Engine (GEE), обеспечивая при этом интерактивную среду, которая позволяет пользователям оценивать различные уровни CHL, а также интервалы оценки тенденций. Инструмент эффективно идентифицирует области известной эвтрофикации с серьезными симптомами, такие как мертвые зоны (области с очень низким содержанием растворенного кислорода), а также области, информация об эвтрофикации ограничена или отсутствует. Например, приложение смогло выявить улучшение качества воды в Бохайском море, как показано в двух сравнительных оценках (рис. 1). Кроме того, приложение также выявило потенциал олиготрофирования. Некоторые прибрежные воды Японии, которые в прошлом пострадали от антропогенной эвтрофикации, теперь становятся олиготрофными из-за искусственного уменьшения объема биогенной нагрузки. Это также привело к снижению производства рыбной продукции.
Глобальная служба эвтрофикации открывает перспективы последовательной глобальной оценки тенденций эвтрофикации, что будет иметь серьезные последствия для мониторинга Целей устойчивого развития (ЦУР) и применения наблюдений за Землей в поддержку ЦУР.
Карта КЭП, полученная от Глобальной службы эвтрофикации, полезна для определения масштабов и контекста эвтрофикации, а также для предоставления информации о качестве воды управляющим прибрежными водами для необходимых управленческих мер.
Рисунок 1. Карта потенциала прибрежной эвтрофикации (CEP) в Бохайском море. LD, LN и LI обозначают статус как низкий CHL (α< 5 мг м –3 ) с тенденцией к снижению, тенденцией к отсутствию и тенденцией к увеличению соответственно. HD, HN и HI указывают на высокий уровень CHL (α ≥ 5 мг м –3 ) с тремя вышеупомянутыми тенденциями соответственно. а Предварительная оценка КЭП на период 1998-2015 гг. б Такой же как ( а ), но за период 1998-2019 гг. Прямоугольник пурпурного цвета ( б ) показывает расположение Бохайского моря.
Результаты этого исследования были опубликованы в Интернете в Природные коммуникации , который был впервые опубликован 22 октября 2021 г. (пятница), DOI: 10.1038/s41467-021-26391-9.
Приложение GEE: https://eutropicationwatch.users.earthengine.app/view/global-eutropication-watch.
