Systeme zur Umweltdatenerfassung im Digital Ocean Lab

Systeme zur Umweltdatenerfassung im Digital Ocean Lab

Das Digital Ocean Lab ist mit modernster Technologie zur kontinuierlichen Überwachung der Umweltbedingungen in Meeresökosystemen ausgestattet. Die Infrastruktur ermöglicht die hochpräzise Datenerfassung anhand verschiedener Parameter, dank derer Forschende die Unterwasserumgebungen besser verstehen und verwalten können. Das System umfasst intelligente Bojen, Multisensorplattformen und akustische Monitoringsysteme.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten

1. Ozeanografische Forschung und Oberflächenüberwachung
   • Systeme wie Datawell DWR 4 und Sofar Spotter ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung der Oberfläche, unerlässlich für Studien über Wellendynamik, Klimaschwankungen und Wechselwirkungen zwischen Wetter und Ozean.
2. Wassersäulenprofilierung und Zirkulationsstudien
   • ADCPs und das CTD-Sensor-Lift-System liefern Daten über Strömungsmuster, Temperaturgradienten und Salzgehalt. Diese Messungen sind entscheidend für das Verständnis von Schichtung, Wassermassenbewegung und Nährstoffkreisläufen.
3. Bewertung der Gesundheit von Meeresökosystemen
   • Wasserqualitätssensoren überwachen kritische Parameter wie pH-Wert, Sauerstoffgehalt und Chlorophyllkonzentration. Diese Daten helfen bei der Bewertung der Auswirkungen von Klimawandel, Umweltverschmutzung und menschlichen Aktivitäten auf biologische Vielfalt und Lebensraumbedingungen im Meer.
4. Überwachung von Sedimenten und Umweltverschmutzung
   • Trübungssensoren und Strömungsmessungen mit ADCPs ermöglichen die Verfolgung des Sedimenttransports und der Verteilung schwebender Partikel. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Überwachung von Umweltverschmutzung und zur sedimentologischen Forschung.
5. Akustisches Monitoring und Studien zum marinen Leben
   • Die OceanSonics icListen HF-Hydrophone und das Hydrophon-Array werden zur Überwachung von Unterwasser-Klanglandschaften, zur Erkennung mariner Lebensaktivität und zur Untersuchung der Auswirkungen anthropogener Lärmquellen eingesetzt.
   • Diese Systeme unterstützen die Forschung zu Artenverteilung, Migrationsmustern und akustischer Kommunikation in marinen Lebensräumen.
6. Studien zu Klima- und Wetterauswirkungen
   • Integrierte Umweltdaten von Wetterstation, Wellenmessbojen und CTD-System erlauben Forschenden die Untersuchung des Einflusses von Wettermustern, Jahreszeitenwechsel und Klimaereignissen auf Meeresökosysteme.

Zentrale Umweltmonitoring-Systeme

1. Datawell DWR 4 Wellenmessboje

• Ein hochpräzises Bojensystem, das speziell zur Messung von Wellenhöhe, -richtung und -periode entwickelt wurde.
• Es liefert wichtige Daten für die Forschung zur Ozeandynamik und die Überwachung der Oberflächenbedingungen in Echtzeit.

2. Sofar Spotter-Boje mit Smart-Mooring-System

• Ein kompaktes Echtzeit-Oberflächenüberwachungssystem, das den Seegang, die Temperatur und die Welleneigenschaften misst.
• Ausgestattet mit einem Smart-Mooring-System zur autonomen Datenübertragung und für bessere Stabilität bei wechselnden Seebedingungen.

3. Mehrere ADCP-Systeme (Acoustic Doppler Current Profiler)

• Die Systeme Sonardyne Origin 600 und Nortek Signature 1000 liefern detaillierte Strömungsprofile für die Profilierung der Wassersäule und Zirkulationsstudien.
• ADCPs messen die Strömungsgeschwindigkeit und -richtung in verschiedenen Tiefen und liefern wichtige Daten zu Sedimenttransport, Gezeitenströmen und Dynamik der Ökosysteme. Manche Systeme liefern Live-Daten.

4. Wetterstation auf ODAS-Plattform

• Die ODAS-Plattform (Ocean Data Analytics System) verfügt über eine Wetterstation, die Echtzeitdaten zu folgenden Parametern erhebt:
  • Windgeschwindigkeit und -richtung
  • Lufttemperatur und -feuchtigkeit
  • Luftdruck
• Dies sind wichtige Rahmendaten für die Umweltüberwachung, insbesondere in Gebieten, die von wetterbedingten ozeanografischen Veränderungen betroffen sind.

5. CTD-Profilierungssystem mit Sensor-Lift

• Ein Conductivity-Temperature-Depth (CTD)-Profilierungssystem, das mithilfe eines Sensor-Lift-Systems auf der ODAS-Plattform eingesetzt wird, dient der Erfassung vertikaler Profile physikalischer Wasserparameter.
• Das CTD-System ist mit zusätzlichen Umweltsensoren ausgestattet, die eine umfassende Bewertung der Wasserqualität ermöglichen:
  • pH-Sensor: Erfasst den Säuregrad und unterstützt wissenschaftliche Untersuchungen zur Ozeanversauerung.
  • Trübungssensor: Misst Wasserklarheit und Schwebstoffe im Rahmen der Überwachung von Sedimenten und Umweltverschmutzung.
  • Sensor für gelösten Sauerstoff (O₂): Liefert Daten zum Sauerstoffgehalt, wichtig bei der Beurteilung der Gesundheit von Ökosystemen.
  • Lichtsensor: Überwacht die Lichtdurchdringung in der Wassersäule.
  • Chlorophyllsensor: Bewertet die Primärproduktion durch Messung der Chlorophyllkonzentration.

6. OceanSonics icListen HF-Hydrophone

• Hochfrequenz-Hydrophone zur Erfassung breitbandiger akustischer Daten für die Echtzeitüberwachung von Unterwasserlärm.
• Geeignet zur Erkennung natürlicher und anthropogener Schallquellen, einschließlich der Kommunikation mariner Lebewesen, Schiffslärm und umweltbedingter Geräusche.
• Ermöglicht das langfristige passive akustische Monitoring in verschiedenen Meeresumgebungen.

7. Hydrophon-Array in Meeresbodenschlitten

• In Meeresbodenschlitten eingebettetes Hydrophon-Array für stationäres akustisches Monitoring.
• Das Array ist zur Erfassung mehrkanaliger akustischer Daten ausgelegt und verbessert sowohl die räumliche Abdeckung als auch die Detektionsgenauigkeit bei der Analyse von Klanglandschaften und marinen Lebensräumen – einschließlich der Richtungsbestimmung von Schallquellen.

Systemintegration und Datenmanagement

• Echtzeit-Datenübertragung: Bojen und Plattformen übertragen Daten zur Echtzeitanalyse an Land, um rasches Reagieren auf Umweltveränderungen zu ermöglichen.
• Koordinierung mehrerer Plattformen: Umweltdaten verschiedener Sensoren werden synchronisiert und zusammengeführt für ein umfassendes Verständnis der Meeresbedingungen.
• Offene Datenstandards: Das Digital Ocean Lab verwendet standardisierte Formate und Protokolle, die den Zugang zu den Daten für die Forschungszusammenarbeit und interdisziplinäre Studien ermöglichen.

Vorteile und Nutzen

• Umfassende Umweltüberwachung: Multisensorplattformen sammeln hochauflösende Daten über physikalische, chemische und biologische Parameter.
• Langfristige und Echtzeit-Daten: Systeme wie die ODAS-Plattform Bojen und Hydrophone eignen sich für die kontinuierliche Überwachung ebenso wie für kurzfristige Forschungsprojekte. Zu vielen Parametern sind langfristige historische Daten verfügbar.
• Verbesserte Forschungskapazitäten: Die Zusammenführung von akustischen, hydrologischen und atmosphärischen Daten verbessert das Verständnis komplexer mariner Systeme.
• Datenintegration für Forschung und politische Gestaltung: Die erfassten Daten unterstützen das Ökosystemmanagement, Klimafolgenabschätzungen sowie Maßnahmen zum Schutz der Meeresumwelt.

Die Umweltmonitoring-Infrastruktur des Digital Ocean Lab stellt Forschenden Werkzeuge und Daten bereit, um zentrale Herausforderungen der Meeresforschung gezielt anzugehen. Diese hoch entwickelten Systeme ermöglichen eine präzise Umweltüberwachung, langfristige Studien sowie Echtzeitreaktionen auf Veränderungen in Unterwasser-Ökosystemen.