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數(shù)據(jù)可靠，更節(jié)省時(shí)間和精力

2021-06-30，星期三

背景

路易斯安那州的商業(yè)捕蝦業(yè)對(duì)整個(gè)州及其墨西哥灣沿岸的社區(qū)都具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2011 年捕撈作業(yè)的產(chǎn)值就有大約 1.3 億美元。為了妥善管理每年兩次商業(yè)捕蝦季的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，該州一直依賴于兩個(gè)環(huán)境指標(biāo)來(lái)預(yù)估蝦群的興旺狀態(tài)，進(jìn)而確定春季捕撈的持續(xù)時(shí)間和秋季捕撈的開(kāi)始時(shí)間。首先是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shù)據(jù)估計(jì)蝦群的規(guī)模。其次是進(jìn)行頻繁的現(xiàn)場(chǎng)捕撈，由生物學(xué)家來(lái)衡量蝦的成熟度。不難看出，現(xiàn)場(chǎng)捕撈作業(yè)不但成本不菲，也很浪費(fèi)時(shí)間，尤其是要追蹤數(shù)百個(gè)河口蝦群棲息地的環(huán)境是否健康，有的還在很遠(yuǎn)的地方。

為了試著減少對(duì)昂貴的現(xiàn)場(chǎng)捕撈活動(dòng)的依賴，研究人員正在探索一種質(zhì)量更高，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的部署方案，并配有成套現(xiàn)場(chǎng)儀表，特別是針對(duì)最偏遠(yuǎn)的蝦群棲息地。為了實(shí)現(xiàn)該目的，路易斯安那州的一組聯(lián)邦水文科學(xué)家和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員正著手評(píng)估將部署在沿海環(huán)境的最新水質(zhì)儀器的性能。水文科學(xué)家們選擇了一處已有的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，該測(cè)量點(diǎn)位于路易斯安那州霍馬附近的卡尤湖。選中該處是因?yàn)樗闹行目拷r群的多處主要棲息地，并且過(guò)去在夏季曾出現(xiàn)過(guò)非常嚴(yán)重的污染。

項(xiàng)目啟動(dòng)

該項(xiàng)目始于2012年5月，專家們分別部署了三個(gè)水質(zhì)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(wěn)定的高品質(zhì)鹽度和溫度數(shù)據(jù)，之后人們才能利用這些數(shù)據(jù)估算蝦群的規(guī)模。三臺(tái)儀器被用絞車系泊在已有觀測(cè)墩的旁邊，如圖 1 所示。

部署完畢，隨后每30天左右水文學(xué)家們就會(huì)去了解現(xiàn)場(chǎng)的情況。每次走訪，這些專家就會(huì)從三個(gè)儀器上下載數(shù)據(jù)，并用清潔的儀器讀取水質(zhì)讀數(shù)。

初步結(jié)果

水文專家們第一次回到部署地點(diǎn)是在七月中旬。從所有三個(gè)部署的對(duì)比分析儀中收集的數(shù)據(jù)可當(dāng)成是從一個(gè)清潔的、新近校準(zhǔn)過(guò)的參考分析儀中收集的一個(gè)數(shù)據(jù)集。并且對(duì)每臺(tái)儀器進(jìn)行拍照，記錄他們從湖中取出時(shí)的狀態(tài)。所部署的每臺(tái)儀器都未以任何方式進(jìn)行過(guò)清洗。經(jīng)檢查證實(shí)，HydroCAT 的外部有明顯的生物生長(zhǎng)（藤壺等）情況，但有兩處例外。如圖 2 所示，內(nèi)部測(cè)量流路中的進(jìn)水口和排水口都不會(huì)被生物淤積物的生長(zhǎng)所遮蔽。通過(guò)定期使用板載的集成泵和微型防污設(shè)備可使進(jìn)出水口均保持暢通。

第一次前往測(cè)量點(diǎn)對(duì)比了每臺(tái)儀器的結(jié)果后，專家們將結(jié)果匯總為下方的表1中。請(qǐng)務(wù)必注意，從2012年5月開(kāi)始部署儀器以來(lái)已經(jīng)過(guò)了55天。

近兩個(gè)月的部署后，盡管生物污染重，HydroCAT 的電導(dǎo)率仍然很好地保持在了±3%內(nèi)，這是美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)電導(dǎo)率所限定的方差規(guī)格。

隨訪結(jié)果

八月中旬，水文專家們?cè)俅位氐娇ㄓ群渴瘘c(diǎn)。和之前在測(cè)量點(diǎn)一樣，他們開(kāi)展了同樣的工作，將結(jié)果匯總在下方的表2中。請(qǐng)注意，自開(kāi)始部署以來(lái)，時(shí)間已經(jīng)過(guò)了84天。

結(jié)果討論

圖4中，顯示了在夏季這個(gè)高污染季兩次考察卡尤湖現(xiàn)場(chǎng)的累計(jì)結(jié)果。經(jīng)過(guò)近60天的部署后，和清潔儀器的結(jié)果對(duì)比，2號(hào)和3號(hào)儀器的電導(dǎo)率分別漂移了-15%和-77%，而 HydroCAT 的漂移則小于 -0.2%。經(jīng)過(guò)近90天后，2 號(hào)儀器又漂移了-25%，3 號(hào)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局規(guī)定的3% 漂移指標(biāo)內(nèi)。此圖和部署后的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表明了 HydroCAT 有能力在整個(gè)近90 天的運(yùn)行周期內(nèi)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可用。

結(jié)論

在部署儀器的這段時(shí)間內(nèi)主要有三點(diǎn)收獲。首先是有了更高的精確度，擴(kuò)展了部署儀器的能力，使水文學(xué)家們能更靈活地進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。如果因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)不安全或意外延遲而未能從現(xiàn)場(chǎng)得到數(shù)據(jù)，儀器將繼續(xù)準(zhǔn)確而可靠地記錄數(shù)據(jù)，直到下一次有人能從現(xiàn)場(chǎng)取得數(shù)據(jù)為止。其次，額外的精度和布置耐久性意味著原始數(shù)據(jù)不需要任何的后期處理。這樣就能節(jié)省大量的時(shí)間，而不用回到實(shí)驗(yàn)室后再單獨(dú)收集、處理和審批數(shù)據(jù)后再公布。當(dāng)數(shù)據(jù)需要后期處理時(shí)，水文學(xué)家必須提出校正曲線的申請(qǐng)且必須要在審核通過(guò)后才能進(jìn)行修正。一旦這項(xiàng)工作完成，就會(huì)根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng) 級(jí)。之后可能會(huì)花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間去陸續(xù)收集、修正和發(fā)布評(píng)為一般或較差質(zhì)量的數(shù)據(jù)。最后，也是最重要的是，由于數(shù)據(jù)只需很少或根本無(wú)需后期處理，因而更加可靠。由于原始數(shù)據(jù)符合美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的QA /QC要求，無(wú)需后期處理，因此其數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)級(jí)會(huì)自動(dòng)評(píng)為優(yōu)良。品質(zhì)評(píng)級(jí)為優(yōu)良的原始數(shù)據(jù)無(wú)需更多解釋，公共或私營(yíng)部門(mén)對(duì)其的質(zhì)疑也更少。

最終，這個(gè)論證表明了HydroCAT可借由連續(xù)的監(jiān)測(cè)程序，提供精確可靠的數(shù)據(jù)，這樣即便在環(huán)境監(jiān)測(cè)條件非常不穩(wěn)定的情況下也能更有效地發(fā)布。