Ett oceanobservatorium som består av en rad förtöjda sensorplattformar, telemetri och programvara för insamling och spridning av data utformades för att övervaka biogeokemin och den fysiska dynamiken i kust- och estuarinekosystemen. Land-Ocean Biogeochemical Observatory (LOBO) består av robusta förtöjningar som tål tidvattenströmmar och väder. Förtöjningarna är mycket konfigurerbara, kan användas i vatten så grunt som 0,5 m, är relativt lätta att underhålla och rymmer ett komplett utbud av standard- och nya sensorer. Sensorerna kommunicerar med en styrenhet ombord som vidarebefordrar data till land i nära realtid. Upp till fem LOBO-förtöjningar har använts och underhållits i Elkhorn Slough i Kalifornien sedan november 2003. Kontinuerliga timdata av biologiska, kemiska och fysiska egenskaper vidarebefordras till land, bearbetas och sprids till användare via ett webbgränssnitt i nära realtid. I denna artikel beskrivs utformningen, genomförandet och funktionaliteten hos LOBO-övervakningssystemet. *Korresponderande författare: E-post johnson@mbari.org Detta arbete finansierades av NSF Biokomplexitet i Miljöprogrammet genom bidrag ECS-0308070 och av David och Lucile Packard Foundation genom ett bidrag till Monterey Bay Aquarium Research Institute. Författarna skulle vilja erkänna den betydande hjälp som John Douglas och Moss Landing Marine Laboratories Marine Operations grupp för att leverera båtar och utrustning som behövs för att distribuera och underhålla förtöjningar. Vi uppskattar också hjälp från personalen vid Elkhorn Slough Reserve och Sea Skörde Fish Market som tillhandahöll platser för de trådlösa nätverksstationerna. Det är Limnol. Det är Oceanogr.: Metoder 6, 2008, 263-276 © 2008, av American Society of Limnology and Oceanography, Inc. Elkhorn Slough ligger vid toppen av Monterey Bay längs den centrala Kalifornien kusten. Systemet kan användas i olika flodmynningar och skyddade kustvatten. Observationssystemet består av två versioner av förtöjningar, en svit av standard- och nya in situ-sensorer och tvåvägs trådlös kommunikation. Programvaran kontrollerar datainsamling, arkivering, kvalitetskontroll och spridning via Internet. Ett nätverk av fem förtöjningar inom olika miljöer inom Elkhorn Slough har använts och testats sedan november 2003. Förtöjningssystemet var utformat för att uppfylla kriterier som inkluderar (a) att hålla en svit av fysiska, kemiska och biooptiska sensorer strax under ytan och, eventuellt, på djupare djup; (b) förmågan att motstå miljökrafter som strömmar, vågor och smutsning för ihållande (~1 y) perioder i typiska flodmynningar och relativt skyddade kustmiljöer; (c) insamling av realtidsdata från sensorerna och vidarebefordra dessa värden till land; och (d) förmågan att vara robust, men ändå lätt att underhålla, med hjälp av små båtar. En förteckning över funktions- och systemkonstruktionskrav visas i tabell 1. Konstruktionskriterierna resulterade i två konfigurationer av förtöjningen, som antingen har vertikalt eller horisontellt orienterade instrumentburar. De två förtöjningarna var utformade för att användas i vatten så grunt som 3 respektive 0,5 m (Fig. 1 och 2 ). Förtöjningarna består av skumflottning, en konfigurerbar underyta sensorbur, ett stelt tjuder och ankare. Elektriska kablar paras till tjudret för att möjliggöra anslutningar till sensorer monterade på tjuder eller ankare. Vertikal förtöjning design-För vatten med djup större än några meter, en förtöjning med en främst vertikal orientering var utformad för att maximera instrumentet nyttolast. Förtöjningsfloaten var begränsad till en diameter på 90 cm för att säkerställa att den kunde vridas på sidan och betjänas av personal i en liten båt (vanligtvis en ~5 m Boston Whaler). Detta gav direkt tillgång till alla instrument för rutinservice utan att använda en större båt för att lyfta förtöjning eller sätta dykare i vattnet. Statiska beräkningar av förtöjningsbelastningarna gjordes med Buoy Version 2.43 (Specialty Devices, Inc.). Beräkningarna modellerade drag och spänning, vilket gjorde det möjligt att bestämma den erforderliga flyt- och ankarvikten. De värsta förhållanden som användes för att modellera förtöjningslasterna var 1,5 m s -1 strömmar (~3 kt) och 0,5 m våghöjder i vatten som var mindre än 10 m djup. Modellbelastningar visas i tabell 2. Den vertikala förtöjningsramen ( Bild. 1 ) är tillverkad av aluminium (6061 T6) och polyvinylklorid (PVC). Ett Al-rör med en ytterdiameter på 8 cm (OD) med en väggtjocklek på 13 mm löper nedför mitten av flyt- och underytans instrumentbur. är installerade på ytflyttaren (B) och utplaceras som fullständig förtöjning (C). Förtöjningsramen (a) och flotten (b) är utrustade med olika "pie-sektioner". Standardpajen (c) rymmer LOBO-förtöjningsregulatorn (d), Seabird CTD (e) och pumpen (f), ISUS-nitratsensorn (g) och tre batteripaket (h) som driver regulatorn, CTD och ISUS. En separat strut innehåller en WETlabs fluorometer (i) och en Aanderaa optode (j). En pumpad kemisk analysator visas också (k). En fullt utrustad förtöjning omfattar också en nätverksradio (L), ljus och TrimTrac-lokator (m), en sekundär CTD som vanligtvis används vid ~3 m (n), och ankare med SBE 50 tryckgivare (o). Flera förtöjningar är utplacerade med en bifogad ADCP (p). Denna konfiguration är utformad för minsta vattendjup på ~2 m. Komponenter ovanför vatten minimeras för att undvika potentiell vandalism. Den enda ytexponeringen ovanför flottören är masten med radiohöljet och valfri kombinationsljus och spårningsanordning. Nätverksradion är ansluten till förtöjningsregulatorn under ytan genom en kabel som löper nerför mitten av masten och förtöjningsröret. Vädersensorer ingick inte eftersom data ofta är överflödiga med data från andra närliggande källor. Alla ovan-vatten skruvar är av en manipuleringssäker design för att minimera möjligheterna till vandalism. En elektrisk kontakt i botten av radiohöljet gör det möjligt att ansluta en dator direkt till förtöjningsregulatorn för konfiguration och direkt instrumentåtkomst. Buoyancy levereras av en Softlite jonomer skumfloat (Gilman Corp.). Flytten hålls på plats mellan den övre svetsade plattan och en toppplatta med fyra bultar. Toppplattan är utrustad med flera lyftögon för installation och återhämtning. De exponerade kanterna på 90 cm-diametern med 46 cm hög flottör är avfasade på både övre och nedre sidan för att göra det svårt för marina däggdjur att dra ut på flottören och för att minska strömdrag. Flytande laster ca 140 kg statisk flytförmåga och 52 kg reserv flytkraft under värsta tänkbara förhållanden. En 12 kg blystav, innesluten med en hårdväggig värmeslang, placeras i botten av förtöjningens centrala rör för att stabilisera förtöjningen i starkare strömmar och väder. Instrumentburen under ytan var utformad för att vara så kompakt som möjligt för att minimera drag och önskad ankarvikt, men ändå passa den svit av sensorer som beskrivs nedan. PVC-skivor med 19 mm tjocklek skruvas fast på insidan av de övre och nedre plattorna. Dessa diskar ger ett icke-korrosivt material där bultinstrument monteringsfästen. Instrument monteras i lämpligt stora "pie-sektioner", som enkelt monteras på förtöjningen. Varje pajsektion har en yttre radie på 23 cm och är storlekssorterad vid behov i 15° i ncrements. Varje pajsektion kan hålla en eller flera instrument upp till 1 m långa, och består av horisontella konsoler (hög den- Den ankarvikt som behövs antas vara dubbelt så stor som den uppåtgående delen av förtöjningskabelspänningen. Sity polyetylen eller Delrin) som fäster instrumenten på en eller två 25 mm fyrkantiga rör (3 mm väggtjocklek) aluminiuminstrument strutar. De monterade pajsektionerna skruvas fast i PVC-plattorna högst upp och längst ner på instrumentsektionen. Nya sensorer kan enkelt läggas till genom att göra lämpligt stora paj sektioner. För instrumentunderhåll kan vilken pajsektion som helst tas bort för åtkomst till alla sidor av komponenterna. Förtöjningskabeln är en 1-cm diameter vridmomentbalanserad polyetylenklädd galvaniserad lina (3/8′ 3 × 19 från Förtöjningssystem) med integrerade ögon i båda ändarna. Kabeln är ansluten utan svängar och är styv nog för att förhindra förtöjningen från fritt roterande, så att en bepansrad elektrisk kabel (Gexol by AmerCable) kan monteras och anslutas till undersläpsinstrument. Elektriska kablar är fästa med mellanslag av elektrisk tejp och skyddas med helical polyetylen bundling wrap. Serviceslingor i de elektriska kablarna i båda ändarna av förtöjningskabeln minskar risken för utmattning och fel. Förtöjningarna är förankrade med överskjutande järnvägshjul med olika vikter från ca 200 till 350 kg beroende på förväntade förhållanden. Dessa är utrustade med en svetsad mittfjäder försedda med två bojor: en för förtöjningskabeln och en annan för en utplaceringslina. Centrumhållaren har också en trycksensor för att övervaka tidvatten. Alla galvaniserade bojor är elektriskt isolerade från aluminiumförtöjningsramen med Delrin axelbrickor. Spjällstift av rostfritt stål isoleras också med värmekrympade slangar och sitter försiktigt fast på de åtdragna bojorna för att undvika att isoleringen skadas. Förtöjningsregulatorn, yt-CTD (ledningsförmåga, temperatur och djupsensorpaket) och ISUS (In Situ Ultraviolet Spectrophotometer) nitratgivare drivs av separata universalbatteripaket. Användningen av enskilda batteripaket förenklar förtöjningsunderhållet och förhindrar att ett instrument i förtid sänker hela förtöjningen. Vattentäta höljen för batteriförpackningarna är tillverkade av PVC-rör ~4 cm (1.5′ Sch-80) och innehåller en sträng av tre litium-DD-celler i serie som levererar 30 Ah vid 10.7 VDC (Electrochem BCX85DD). Batteripaketen är placerade på utsidan paj sektioner för att möjliggöra enkelt utbyte utan att ta bort instrumenten. En elektriskt oberoende blinkande ljus- och spårningsenhet byggdes genom att kombinera ett soldrivet marint ljus (Sealite, SL60) och GPS (Global Positioning System)/GSM mobiltelefonspårningsenhet (Trimble Trimtrac). Solfångaren och batteriet inom ljuset ger tillräckligt med ström för ljuset (endast natttid) och för att sms:a GPS-fixar var 8:e timme. Trimtrac konfigureras för att regelbundet skicka SMS-meddelanden (Short Message Service) som inkluderar enhetens ID-nummer, datum, tid och plats. Meddelandena tas emot av en markbaserad GSM MODEM (Sony Ericsson) parat med en terminalserver (Lantronix) som leder den inkommande GPS-dataströmmen till en anpassad UNIX-serverapplikation för bearbetning och plottning. Detta tillval add-on system är helt enkelt fastspänd på masten av förtöjningen, och ger användarna en bekräftelse på rätt plats, varje ankare dra, och storleken och positionen på den faktiska klockcirkeln. Skala förtöjning design-Den förtöjning som beskrivs ovan sträcker sig ca 1,5 m under ytan och kan sättas ut i vatten så grunt som ca 3 m. Många viktiga processer, dock, förekommer i de utsträckta områden av flodmynningar där vatten är mycket grundare. Således utvecklades en andra design, med hjälp av många av samma funktioner, för spridning i områden med djup så grunt som 0,5 m (Fig. 2).................................................................. Den grunda förtöjningen använder samma sensorer, instrumentpajsektioner, styrenhet och nätverksradio, men pajsektionerna är orienterade horisontellt inom de övre 20 cm av vattenpelaren. Upp till 180° av paj sektioner passar i det horisontella instrumentområdet som ligger under en halvcylindrig flotation. Förtöjningsbågen är fäst vid en förtöjningskabel som liknar den som används för den vertikala förtöjningen. Eftersom den horisontella konstruktionen har en lägre dragkraft och strömmarna vanligtvis inte är lika starka i dessa områden, kan ett lättare ankare i allmänhet användas som också tillåter användning från mindre båtar. För områden med upp till 1 m s -1 strömmar (2 kt), en lågprofil stålplatta ankare med en central vridbar anslutning gör det möjligt att ansluta botten sensorer monterade på sviveln (t.ex., tryckgivare). En kedja och klo (Danforth stil) ankare är fäst vid ett hörn av ankarplattan för att ytterligare minska den vikt som behövs för ankaret genom att motstå drag. Det sekundära ankaret underlättar också återhämtningen, vilket gör att kedjan kan lossa plattans ankare som kan ha lagt sig i en lerig botten över tiden. Minimera ankarets vikt är viktigt för driftsättningar och återvinningar som görs för hand från mindre båtar. Förtöjning controller och nätverk radio-Each förtöjning hanteras av en anpassad controller utformad för detta projekt (Fig. 3)............................................................... Styrenheten består av en Onset Computer Co. Modell TT8V2 datalogger förstärkt med en Persistor Instruments Modell CF8V2 Compact FLASH adapter och en anpassad gränssnittstavla som stöder åtta separata reläisolerade RS232/RS485 kanaler, en USB-gränssnitt adapter, fem switchade strömkanaler, och stöd kretsar. Dataloggern TT8V2 valdes för sin låga effekt (0,6-750 mW), sin lilla storlek och sin allmänna tillförlitlighet i befintliga oceanografiska tillämpningar. En andra kretskort stöder gränssnittet för nätverksradion (Circronet WIT2410) till regulatorn och ger isolerad ström, RS232 och I2C kommunikation. Isolering av ström och digitala kommunikationslinjer mellan regulatorn och nätverksradion, ~3 m från varandra, minimerar känslighetsförlust i radion på grund av genomförda utsläpp. Nätverksradion innehåller också en 2,4 GHz RF-antenn som är ansluten till en anpassad 1/2 våg 1,5 mm tjock koppar markplan. Alla komponenter i radioenheten, inklusive antennen, är inrymda i ett 15 cm dia, 30 cm högt PVC-hölje med en väggtjocklek på ~6 mm. Genom att lokalisera antennen inuti PVC-radomen elimineras prestandanedbrytning och skador på grund av exponering, och ingen märkbar förlust av signalstyrkan observerades. Nätverksradiohuset har externa anslutningsportar för både RS-232 och höghastighets USB-kommunikation till Jannasch et al. LOBO-nätverket 266 dataloggern och en röromkopplare som kan aktiveras magnetiskt för att återställa styrenheten i händelse av ett systemfel. Alla datainhämtnings- och kontrollkoder skrevs på ANSI C (Manx C, v 5.2d) och infödda 68000 monteringsspråk. En inbäddad implementering av ZMODEM binär överföringsprotokollet (Industrial ZMODEM) var licensierad från Omen Technologies och portades att köra på Onset TT8V2 datalogger. Den totala strömförbrukningen för regulatorn och nätverksradio genomsnitt ~30 mW under hela en distribution. Styrenheten kan förvärva, logga och telemeter seriella data strömmar från upp till åtta instrument för upp till 6 mo på ett enda universellt batteripaket och har visat sig vara extremt tillförlitlig. Telemetrisystem-The LOBO övervakning nätverk använder en trådlös Local Area Network (LAN) topologi som använder Frequency Hopping Spreak Spreak Spreak Spectrum (FHSS) radios inom 2,4 GHz ISM-bandet till telemeter data från flera förtöjningar till land. Trådlöst LAN som använder DSS-radio (Direct Sequence Spread Spreak Spectrum) som t.ex. den allestädes närvarande 802.11b, beaktades inte eftersom dess höga bandbredd är onödig, och den inbyggda bandbreddsbelastningen skulle begränsa nätverkskapaciteten och tillförlitligheten. FHSS-radion omfattar låg effektdrift (vanligtvis 200 mW), dataöverföring med relativt hög hastighet (0,5 Mbaud over-the-air), multi-pat och störningsimmunitet och sömlös nätverksanslutning av fjärrradio till landbaserade datorer. Varje förtöjningscontroller förvärvar instrumentdata och överför den till en strandbaserad UNIX-server över en överbryggd trådlös LAN-länk (Fig. 4)................................................................. Controllers är programmerade att sända varje timme. När förtöjningens nätverksradio (Cirronet WIT2410) och antennen (Antenex TRA24003P), belägen ca 1,5 m över vattnet, upprättar en anslutning till åtkomstpunkten (Cirronet SNAP2410) i en av de landbaserade trådlösa nätverksstationer (WNS) som förvaltar en viss täckningszon. Varje täckningszon har ett unikt frekvenshoppmönster och band för att minimera störningar. Vid mottagandet av en inkommande radioanslutning upprättar åtkomstpunkten en nätverksanslutning via en trådlös Ethernet-länk till en UNIX-server belägen i MBARI. Samlokaliserade eternätsbroar (Circronet SEM 2410) ger WNS tillgång till eternät. Anslutningen till anslutningspunktuttaget till fjärrservern hanteras av ett anpassat serverprogram som körs ut från UNIX Internet-demonen (INETD). INETD-servern avkodar den inkommande anslutningen för att identifiera dess källa och utför sedan en serie tjänster som inkluderar uppdatering av styrenhetens realtidsklocka, fastställande av dataöverföringshastigheter och andra systemhanteringsfunktioner. Slutligen överför den controller loggade instrumentdata till servern med hjälp av ZMODEM binära filöverföring protokoll som garanterar absolut end-to-end integritet mellan lokala och fjärr filsystem. Dataöverföringens tillförlitlighet säkerställs genom nätverksradions inbyggda ARQ-läge (automatisk repeat-request), som ger felkorrigering i länkskiktet, och genom ZMODEM-protokollet, som ger felkorrigering på applikationsnivå. ZMODEM har också "kraschåterställning" som startar om en avbruten filöverföring vid den punkt där överföringen tappades. Således, om en filöverföring avbryts av någon anledning, kommer sändningen att återupptas under nästa nedladdningssession. Ombord kan FLASH-minnet lagra alla loggade instrumentdata under ett helt år. Varje WNS har en maximal 20-mils linje-av-sikt område, men den geografiska layouten, terrängen och fördelningen av förtöjningar utplacerade i Elkhorn Slough krävde två WNS och basstationen i MBARI för att ge tillräcklig täckning för hela nätverket utom L05 (Fig. 5).................................................................. Radion för de två landbaserade WNS är belägna inom vattentäta höljen anslutna till antenner ovanpå ett 5-m utdragbart torn bredvid Elkhorn Slough och på taket till en kommersiell byggnad i hamnen. WNS drivs av standardlinjespänning vilket gör enheterna så gott som underhållsfria. De trådlösa eternätsbryggorna utgör en sömlös förlängning av MBARI:s strandnät och ger Ethernet tillträde till de fältutplacerade åtkomstpunkterna, som i sin tur hanterar förtöjningsradiorna. Att utöka MBARI-nätverket med trådlösa ethernetbroar ger också tillgång till annan ethernetbaserad utrustning. Fjärråtkomst till både en väderstation och webbkamera är aktuella exempel. Rogue-anslutningen elimineras eftersom det trådlösa LOBO-nätverket inte är peer-to-peer. Ytterligare nätsäkerhet uppnås med hjälp av ett autentiseringsprotokoll på flera nivåer mellan Cirroneternet-bryggorna och unika inställningar för frekvenshoppning och ISM-band. Databehandling och distribution-A databehandlingsprogram, kör på en UNIX-server som en schemalagd CRON-uppgift, tolkar inkommande förtöjningsfiler och loggar dataposter i separata datafiler för varje förtöjningsinstrument. Varje loggfil innehåller de inmatade data som produceras av varje instrument med tillägg av en förinställd tidsstämpel som anger när posten hämtades av förtöjningsstyrenheten. Dessa filer lagras på en nätverksfilserver som stöder filåtkomst med flera protokoll. För att underlätta dataanalys, en uppsättning program som körs under Microsoft Windows operativsystem fungerar sedan en gång per timme för att konvertera rå sensor data för varje nätverksnod till lämpliga enheter. De konverterade uppgifterna vid varje nod bifogas sedan till en Ocean Data View (Schlitzer 2000) kompatibel ASCII datafil för den noden. Dessa sammanslagna filer används för all efterföljande datavisualisering. Programmet LOBOViz (http://www.mbari.org/lobo/loboviz.htm) utvecklades för att ge användarna ett enkelt gränssnitt mot de sammanslagna datafilerna via World Wide Web. LOBOViz är en kompilerad Visual Basic applikation som använder CGI (Common Gateway Interface) protokollet för att svara på förfrågningar från användaren på LOBOViz webbsida för diagram eller ASCII textdata. Systemet kommer vanligtvis returnera tomter som kan innehålla data från flera år och flera sensornoder i cirka 10 s. Sensors-Förtöjningsmatrisen utvecklades för att stödja fysiska, kemiska och biologiska sensorer. Till dags dato omfattar sensorer som installerats i instrumentburen under ytan följande: CTD (modifierad Seabird16plus). Denna sensor övervakar salthalt, temperatur och tryck. Salinitet beräknas från ledningsförmåga och temperatur med hjälp av 1978 praktiska salthalt skal ekvationer (Perkin och Lewis 1980). Den 16plus ändrades genom att ta bort batterierna och ersätta lagertryck höljet med en förkortad Delrin hölje med en kontakt för en extern strömförsörjning. Strömförsörjning tillhandahålls av ett av de universella batteripaketen, som kan bytas ut utan att CTD tas bort. Provet pumpas genom konduktivitetsflödescellen (Seabird, 5T pump). ISUS Nitratsensor (MBARI/Satlant). ISUS-sensorn bestämmer nitratkoncentrationen genom att mäta UV-absorptionen och kurvan som passar nitratjonens spektrum (Johnson och Coletti 2002). Ett brett spektrum av nitratkoncentrationer ses i Elkhorn Slough (< 1 till > 2000 μM NO 3 ), vilket kräver en sensor med ett stort dynamiskt intervall. Den nedre gränsen för detektion med ISUS är nära 1 μM i grumliga vatten. Den övre detektionsgränsen är större än 10 000 μM om det spektralområde som används för att bestämma nitrat automatiskt justeras för att använda våglängder där nitratabsorptionen är mindre än 1. Vid höga näringskoncentrationer begränsas ISUS i allmänhet av turbiditet (ökat utgångsvärde och lägre ljusgenomströmning), men nitratmätningarnas kvalitet bestäms av restvärdet av algoritmen för kurvmontering. Löst organiskt material absorberas över ett bredare område och till högre våglängder än nitrat och kan därmed öka restvärdet vid höga koncentrationer. I allmänhet ökar andelen skenbart ljus för att signalera, och ISUS kommer att underskatta nitrathalterna vid högturbiditet/högnäringsbetingelser. Fluorometer och backscatter (WETlabs, FLNTU). Denna sensor mäter 470/695 nm fluorescens och 700 nm backscatter för att beräkna klorofyllkoncentrationer respektive turbiditet. Det optiska fönstret var försett med en kopparstängare som öppnades före mätningarna. Syreoptod (Aanderaa, 3930). Liknar nitrat kan syrekoncentrationen inom flodmynningar variera kraftigt (0 till 400 μM O2). Vi har funnit optoden vara motståndskraftig mot nedsmutsning som tidigare föreslagits (Tengberg et al. 2006) och att vara extremt stabil. Sensorerna kalibrerades innan utplaceringen med hjälp av den fabriksförsedda tvåpunktskalibreringen. Det fanns ingen märkbar avdrift i instrumentets noggrannhet före och efter utplaceringen. Djupare sensorer installerade på de flesta förtöjningar inkluderar följande: Sekundär CTD (Seabird, 37). Detta självförsörjande pumpsystem är fäst vid förtöjningslinjen ~3 m under ytan för att övervaka stratifiering, särskilt under vinterregn. Tryckgivare (Seabird, 50). Denna sensor är installerad direkt på ankaret för att noggrant övervaka tidvattnet, och är ansluten till ytan CTD med en bepansrad kabel. Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP (FoU-instrument, Arbetshäst Sentinel). Strömmen övervakas nära flera förtöjningar med en bottenmonterad ADCP. Enheterna är monterade på sin egen förankringsplattform, men är kopplade till förtöjningsankare med en 20 m kabel. Flera andra instrument testades också på förtöjningen, inklusive en solenoidpumpad våtkemisk nitratanalysator (YSI 9600), och en prototypanalysator för övervakning av ammoniak (Plant, pers, com.). Ett nätverk av fem förtöjningar, två trådlösa fjärrstationer och en basstation installerades runt Elkhorn Slough, en tidvattenmynning vid chefen för Monterey Bay i Kalifornien (Fig. 5).................................................................. Elkhorn Slough har en huvudkanal som sträcker sig 11 km från kusten och har en 182 km 2 vattendelare (Caffrey et al 2002). Vattnet i Slough är en del av Monterey Bay National Marine Sanctuary, och Elkhorn Slough National Estuarine Research Reserve ligger längs dess östra gräns. Tidvattenströmmar når större delen av slough, och nederbörden är vanligtvis begränsad till flera månader på vintern. Avrinning av sötvatten från jordbruket kan förekomma under hela året. Den första förtöjningen, L01, genomfördes i huvudkanalen Elkhorn Slough i oktober 2003, följt av L02 och L03 2004, L04 2005, och L05 2006 (Fig. 6).................................................................. L03 ligger i Salinas River Channel för att övervaka flodens näringstillförsel till mynningen av slough. L05 konstruerades som en bärbar förtöjning för kortsiktiga utplaceringar för att övervaka olika grunda anslutande laguner. Telemetrisystemet har visat sig vara tillförlitligt i och med att alla data som förberetts för relä till land framgångsrikt överfördes. Omkring 93% av de timliga sändningarna genererade inget fel, och överförde därmed alla data vid det första försöket. Alla andra sändningar kompletterades med ZMODEM-protokollet under den följande lyckade överföringen. I många fall orsakades dessa undantag av strömavbrott på land, service eller andra villkor som inte direkt berodde på strömavbrott. Datahanteringsfunktionerna utvecklades före telemetrisystemet, och webbgränssnittet blev offentligt tillgängligt i februari 2005 med hjälp av data som återvanns direkt från förtöjningarna och laddades manuellt. Alla data finns tillgängliga genom att välja menyn "Real time data" på LOBO:s webbsida, http://www.mbari.org/lobo. Alla förtöjningar är utrustade med CTD, nitrat, syre, fluorometer, backscatter och en bottenmonterad djupsensor. De vertikala förtöjningarna har också en sekundär CTD på cirka 3 m under ytan. Prover samlas in varje timme, vilket möjliggör en rimlig batteritid (~6 mo från de flesta sensorer) samtidigt som man får tillräckligt med upplösning för att exakt fånga tidvatten och andra temporalt varierande trender. Högre grad av datainsamling skulle vara användbart för att bättre karakterisera kortsiktiga händelser, men skulle avsevärt öka efterfrågan på kraft. Adaptiv eller intelligent provtagning, där provtagningsfrekvensen ökas endast under särskilda händelser, skulle vara en logisk uppgradering till övervakningsnätet, men har hittills inte införlivats. Sensorprestanda sammanfattas i tabell 4. I december 2006 registrerades över en miljon vetenskapliga datapunkter och finns tillgängliga i webbapplikationen LOBOViz. Detta inkluderar inte de många statusvärden som returneras av alla instrument såsom tidsstämplar, batterispänning och strömavgång, interna boendeförhållanden och detaljerade spektraldata som möjliggör kontinuerlig övervakning av förtöjningarnas och deras sensorers tillstånd och hälsa. Mooring förberedelse och installation-För att avsevärt minska biofouling på strukturella delar av förtöjning, undervattensdelen av förtöjning ram, flyt och alla instrument pajer är målade med en peroxid-avgivande, icke-metallisk, antifouling färg (ePaint, typ EP1). Många exponerade instrumentytor är täckta med vit polyetentejp innan målning för att underlätta rengöring efter återvinning. Instrumentpajer är konfigurerade för korrekt sensororientering och provtagningsdjup. ISUS nitratgivare föredrar till exempel att placeras horisontellt för att undvika att samla in bubblor och sedimentpartiklar i den optiska banan. Rutinmässigt utplacerade sensorer kombineras ibland till en enda cirkelsektion för att förenkla anslutningar eller underhåll och för att minimera utrymmet i instrumentsektionen. De vertikala förtöjningarna, till exempel, använder en enda 135°pie sektion som inkluderar förtöjning controller, CTD, pump, och ISUS. Klämmorna på den yttre delen av pajerna håller de universella batterierna för ett enkelt byte utan att hela pajsektionen behöver tas bort. I de ofta grumliga vattnen i Elkhorn Slough, har vi funnit att sensor uthållighet ökar avsevärt genom att integrera ISUS och optode sensorer i CTD: s pumpade flöde. Vi använder generellt tungväggiga Typon-slangar (~1 cm innerdiameter) för att ansluta (a) intaget, ett grovt kopparfilter med ~ 1 mm hål för att undvika sedimentackumulering till (b) CTD: s ledningsförmåga cell till (c) pumpen till (d) PEEK TM flödescell innesluter ISUS optiska sensor till (e) utflödet placerad ~1 cm från kopparskärmen skyddar avkänningsytan i optoden. Under varje provtagningsperiod är pumpen på i 30 s vid ~20 ml s -1. Detta pumpade provtagningsschema förbättrar avsevärt ISUS och optode uthållighets- och responstider och säkerställer också att alla mätningar är från samma djup. Det är dock viktigt att den pumpade flödesbanan är så vertikal som möjligt för att undvika att sediment eller bubblor fastnar. WETStar Fluorometer och backscatter sensor är utrustad med en modifierad koppar slutare eller "biowiper" och en 1-cm koppar mesh sköld. Stängare är 3-mm tjocka kopparskivor anslutna till fluorometertorkaxeln antingen excentriskt, eller koncentriskt med ett enda fönster på ena sidan. På så sätt exponerar torkaraxelns sekventiella 180 rotationer fluorometerfönstret under avläsningarna och håller det täckt på annat sätt. Fouling minskas ytterligare genom tillsats av en fast kopparplatta som täcker resten av fluorometerns yta. Dessa ändringar ökar avsevärt Cu täckningen över torkaren som tillhandahålls av WET Labs och är förlängningar av arbete av Chavez et al (2000) och Manov et al. (2004)................................................................ Den koppar mesh sköld hindrar driv faunan från att samla under, och stör, slutaren. Den 3-m CTD är försedd med två semicirkulära (~120°) kopparrör på intag och utflöde för att förhindra sediment från att stabilisera sig in i ledningsförmågan cell mellan avläsningar. Före utplaceringen testas alla förtöjningar för att säkerställa att alla sensorer, kablage och telemetri är fullt fungerande. De vertikala förtöjningarna med hjulankare används med hjälp av 10 meters RV Sheila B. som drivs av Moss Landing Marine Laboratories. Sheila B. är utrustad med en förmonterad A-ram och kapsyl som kan lyfta en 300 kg ankarenhet (Fig. 6).................................................................. Förtöjningarna är i allmänhet utplacerade innan ankaret sänks med en sekundär linje loopad genom en päronlänk på ankaret. Förtöjningar är vanligtvis utplacerade vid lågvatten för att underlätta drift och navigering. De horisontella förtöjningarna bogseras till platsen och utplaceras från grunda bottnar båtar. Ankaret, antingen en stålplatta eller ett litet svampankare, sänks för hand och sätts innan kedje- och kloankaret sträcks ut och sätts i den nuvarande riktningen av det maximala förväntade flödet. Underhållsperiodiskt underhåll utförs med hjälp av stabila 5-m, grundbottnade båtar (Boston Whaler). För att komma åt instrumentburen på vertikala förtöjningar knyts en förtöjning av och lutas på dess sida bredvid båten. Förtöjningen roteras sedan vid behov och fästs genom att man säkrar en linje runt en av fötterna på förtöjningsramen. De horisontella förtöjningarna rullas helt enkelt över för att komma åt instrumenten. En linje är i allmänhet bunden runt masten, styrd under förtöjningen, dras upp och fästs, så att en sida i taget är tillgänglig. Instrument monterade på förtöjningskabeln, t.ex. den sekundära CTD:n, är också tillgängliga under lågslacka tidvatten. I det sällsynta fall som en bottensensor misslyckades, var instrumenten betjänas av dykare. Rutinstädning utförs utifrån behov (se tabell 4 Använda det universella batteriet som beskrivs. Ett enda batteri driver CTD:n på ytan, som också levererar ström till ytpumpen, optoden, fluorometern, 3 m pumpad CTD och bottentrycks-/temperatursensorn. Sensor uthållighet mellan manuell rengöring från båtar (m = månader, w = veckor). § Sensor uthållighet mellan översyner och omkalibreringar.
Jannasch m.fl. har utvecklat ett system av statiskt förtöjda havssensorer för att övervaka miljöprocesser utanför Kaliforniens kust i Monterey Bay REF.
The Land/Ocean Biogeochemical Observatory: A robust networked mooring system for continuously monitoring complex biogeochemical cycles in estuaries
{'venue': None, 'journal': 'Limnology and Oceanography-methods', 'mag_field_of_study': ['Chemistry']}