Seit über 11 Jahren kümmern sich Jay Austin und sein Forschungsteam an der University of Minnesota Duluth sorgfältig um eine Reihe leuchtend gelber Wetterbojen, die auf dem Lake Superior schwimmen. Jede Boje erfasst Echtzeitdaten, die für Wettervorhersagen, die Sicherheit auf See, kommerzielle Fischereicharter, Paddler, Schwimmer, Bootsfahrer, Forscher und jeden, der sich für den größten der Großen Seen interessiert, verwendet werden.
„Wir wollen verstehen, wie der See und die Atmosphäre darüber interagieren“, sagte Austin, ein physikalischer Limnologe (Seeforscher) und Professor für Physik und Astronomie an der UMD. „Insbesondere wollen wir verstehen, wie sich diese Interaktion auf den See auswirkt und wie er sich im Laufe der Zeit verändert.“
Im Mai 2024 begleitete Minnesota Sea Grant (MNSG) Austin und sein Team, um den Einsatz von zwei Bojen von der R/V Blue Heron aus zu filmen. Ihre Reise führte sie in die Gewässer des Lake Superior in der Nähe von Duluth und war Teil von Austins Forschungsprojekt „Ausbau und Verbesserung der Beobachtungskapazität an der Nordküste des Lake Superior in Minnesota“.
Trotz des Namens erfassen Wetterbojen mehr als nur Wetterdaten. Und Austins Bojen erfassen nicht nur Daten über der Wasseroberfläche.
Austins Bojen liegen etwa 2,5 Meter über der Wasseroberfläche. Jede Boje wird von einer Schiffsbatterie und einem Solarpanel angetrieben und ist mit mehreren Sensoren ausgestattet. Die Bojen selbst bestehen jeweils aus einem Stahlrahmen auf einem Schaumstoffrumpf und werden bei einem Bojenlieferanten bestellt, damit Austin und sein Team die notwendige Ausrüstung anbringen können.
Die Oberflächenbojen sind mit Stahlkabeln am Seeboden verankert, die jeweils an einem 2.000 Pfund schweren Eisenbahnrad in etwa 160 Fuß Wassertiefe befestigt sind. Jede Boje erhält eine einzigartige fünfstellige Nummer, die von der Nationales Datenbojenzentrum (NDBC), ein landesweites Archiv für Daten zu Ozeanen und großen Seen. Austins Bojen sind LLO3 (#45027), LLO4 (#45028) und LLO5 (#45219).
LLO3 schwimmt in der Nähe der Wasserentnahmestelle für Duluths Wasseraufbereitungsanlage Lakewoodmehrere Meilen östlich des Lester River, während LLO4 weiter südöstlich und weiter von der Küste entfernt verankert ist, um die Bedingungen auf hoher See besser zu erfassen. Austin und sein Team achten sehr darauf, keine Bojen in Schifffahrtsstraßen zu platzieren. Dies hilft, Konflikte mit den Millionen Tonnen Fracht zu vermeiden, die in die und aus der Schifffahrtsstraße transportiert werden. Hafen von Duluth-Superior.
Bildnachweis: Minnesota Sea Grant
Die über dem Wasser angebrachten Sensoren messen Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und -richtung, Sonneneinstrahlung und Wellenhöhe. Die unter dem Wasser angebrachten Sensoren erfassen Daten zur Wassertemperatur in Tiefen von 3, 5 und 10 Metern (10, 16 und 33 Fuß) unter der Oberfläche und weiter in 5-Meter-Schritten (16 Fuß) bis zum Seegrund.
Zusätzliche Sensoren erfassen biogeochemische Parameter wie Chlorophyll-Fluoreszenz mit denen sich Algenblüten erkennen lassen.
Nützliche Informationen für Angler und Schwimmer
Für Angler ist es besonders wichtig, die Wassertemperatur in unterschiedlichen Tiefen zu kennen, da diese Einfluss darauf hat, wo sich unterschiedliche Fische aufhalten, wie aktiv sie sind und wie einfach (oder schwieriger) es ist, sie zu fangen.
Unterirdische Temperatursensoren an den Bojen ermöglichen dem Forschungsteam ein besseres Verständnis von aquatischen Phänomenen wie Auftriebein Prozess, bei dem ablandige Winde Oberflächenwasser vom Ufer wegdrücken, wodurch kaltes Seewasser von unten an die Oberfläche steigen kann. Auftrieb kann dazu führen, dass die Oberflächentemperatur des Seewassers innerhalb von nur einer Stunde von 21 °C (zum Schwimmen oder Paddeln geeignet) auf lebensgefährliche und zu Unterkühlung führende 10 °C (10 °C) sinkt.
Austins Team setzte im Juli 2024 auf Ersuchen der Nationaler Wetterdienst. Diese Boje ist eine verkleinerte Version der Bojen LLO3 und LLO4.
Oberflächenbojen sind während der eisfreien Monate des Jahres im Einsatz. Normalerweise werden sie zwischen Mitte und Ende des Frühlings eingesetzt und dann zwischen Mitte und Ende Herbst von Austins Team geborgen.
„Der Winter ist so etwas wie der Heilige Gral“, sagte Austin. „Es gibt eine Lücke im Wissen über die Jahreszeiten.“
Die Wissenslücke ist darauf zurückzuführen, dass die oberirdischen Bojen in den Wintermonaten nicht genutzt werden können, da sie leicht durch Eis beschädigt werden und nicht genügend Sonnenaktivität vorhanden ist, um die Datenerfassungssensoren mit Strom zu versorgen.
Austin hat eine Winterlösung
Wenn Austins Team die Bojen im Herbst holt, wird es eine Winterverankerung mit mehreren Temperatursensoren ausbringen. Anders als die Oberflächenbojen schwimmt die Winterverankerung etwa 10 Meter unter der Wasseroberfläche und kann den ganzen Winter über Daten sammeln.
Daten von den Oberflächenbojen werden alle 10 Minuten an Austins Labor an der UMD übermittelt, und zwar mithilfe eines Mobiltelefons an jeder Boje. Die Qualität der Daten wird überprüft und dann an das National Data Buoy Center, Great Lakes Observing System, gesendet und im Projekt veröffentlicht. Webseite.
Ungewöhnliche Beobachtungen
Für Austin, der sich seit über einem Jahrzehnt um diese großen Bojen kümmert, waren die ungewöhnlichsten Daten die Oberflächentemperaturen des Lake Superior im Bereich von 21 °C (21 °F). Der See hat sich seit den 1980er Jahren pro Jahrzehnt um ein Grad erwärmt und ist damit einer der Seen mit der schnellsten Erwärmung weltweit.
Dank der Sonnenstrahlungssensoren an Bord der Bojen konnte Austin Sonnenfinsternisse indirekt beobachten, indem er den deutlichen Rückgang der Sonnenstrahlung beobachtete.
Höhere Wassertemperaturen an der Oberfläche könnten für Schwimmer willkommen sein, aber eine Erwärmung des Lake Superior kann dazu beitragen, dass im Sommer blaugrüne Algenblütendie Wissenschaftler 2012 erstmals auf dem See beobachteten.
Diese Algenblüten treten tendenziell in Jahren mit warmem Wasser auf. Die größten Algenblüten am Lake Superior ereigneten sich 2012 und 2018 nach schweren Stürmen.
„Da sich die Bedingungen im Lake Superior infolge des Klimawandels weiter verändern, könnten sich im Uferbereich des Lake Superior in der Nähe beliebter Ausflugsziele Stämme giftiger Cyanobakterien oder Blaualgen festsetzen“, sagte Chris Filstrup, angewandter Limnologe und Leiter des Central Analytical Lab des Natural Resources Research Institute der UMD.
Filstrup stellte fest, dass die dominante Cyanobakterienstämme im Lake Superior können keine Toxine mit bekannten gesundheitlichen Folgen produzieren, aber aktuelle Berichte über nachweisbare Toxinkonzentrationen in der Mündung des St. Louis River deuten auf die Möglichkeit giftiger Pilzblüten im Lake Superior in der Zukunft hin.
Was also begeistert Austin, nachdem er sich über ein Jahrzehnt lang um Bojen gekümmert hat, am meisten an dieser jüngsten Projekterweiterung? „Kontinuität“, sagt er. Jedes Forschungsjahr bringt eine Rekordmenge an Daten hervor, die Forschern und Ressourcenmanagern helfen können, die Veränderungen der Großen Seen im Laufe der Zeit besser zu verstehen.