SARP ウェスト 2024 オーシャンズ グループ

教員アドバイザー: ヘンリー・ハウスキーパー博士、ウッズホール海洋研究所

大学院メンター: ロリ・バーベリアン、カリフォルニア大学ロサンゼルス校

エモリー・ガディス、コルゲート大学

カリフォルニア州サンタバーバラ海峡に位置するコール オイル ポイントは、世界最大の炭化水素の浸出フィールドの 1 つです。この地域の天然の炭化水素の浸出と石油生産は、何十年にもわたって科学的関心と商業活動の両方を支えてきました。歴史的に、この地域の先住民は天然のタールを防水バスケットに使用し、現代の石油採掘が始まるはるか前から炭化水素が自然に存在していたという証拠を確立しました。ガス状の炭化水素は、浸出プロセスを通じて海底から放出されます。このプロセスでは、貯留層圧力が静水圧に比べて高くなるため、泡、油泡、液滴が表面に上昇します。この炭化水素の浸出は、大気中に放出される主要な温室効果ガスであるメタン CH4 の重要な発生源です。海洋における石油の有無を光学リモート センシングで現在制限されているのは、幾何学的要因と生物地球化学的要因を利用しており、表面の石油濃度の変化による観測される太陽のきらめき、海面の減衰、風の荒れの変化などが含まれます。 PlanetScope から取得した高解像度 (3 m) の表面反射率観測を活用して、コール オイル ポイントの浸透フィールド内で 2017 年から 2023 年までの油膜表面積の時系列を構築します。最初の方法は、ArcGIS-Pro 内で実行される手動の注釈に基づいています。時系列の感度分析をサポートするために、風速と油膜表面積の潜在的な関係を評価します。油膜表面積を変更する交絡外部要因 (風速など) を修正すると、油膜表面積の決定が改善され、自然浸透速度の変化や、石油掘削などの人為的活動が自然油浸透を変えるかどうかをテストするのに役立ちます。将来、油膜の化学的性質を調査し、自然浸透が海洋環境と大気環境に及ぼす影響 (表面の油がメタンを大気中に放出するなど) を評価することで、石油抽出場所を最適化する科学に情報を提供できます。

レイチェル・エメリー、オクラホマ大学

現在、世界は前例のない生物多様性の危機に直面しており、生物多様性の高い地域では種の絶滅のリスクが最も高くなっています。こうした生物多様性のホットスポットの 1 つである南アフリカの西ケープ州は、マクロキスティスやカジメなどのキャノピー形成ケルプが大量に生育し、生物多様性と生産性の促進に重要な 3 次元構造を形成するため、世界最大規模のユニークな海洋生態系を特徴としています。キャノピー形成ケルプは、気候変動や地域の水質変動に関連する海洋熱波や汚染による脅威にさらされています。こうした生態系は従来の現地調査方法を使用して監視できますが、航空機や衛星による観測によるリモート センシングにより、空間カバレッジと再サンプル率が向上し、数十年規模の変化を追跡するための広範な歴史的連続性も得られます。 NASA の次世代航空機搭載可視赤外イメージング分光計 (AVIRIS-NG) からの観測結果などを使用した受動リモートセンシング観測は、海洋環境の高解像度ハイパースペクトル画像を提供し、コミュニティの動態の特徴付けや大型藻類の生理学的変化の定量化に役立つことが期待されています。光検出および測距 (LiDAR) などの能動リモートセンシング観測は、海洋生態系への応用という点では理解が進んでいませんが、受動水生リモートセンシングではサポートされていない垂直構造の新たな観測をサポートすることが期待されています。ここでは、デシメートル規模の垂直解像度を実現する NASA の陸地、植生、氷センサー (LVIS) を使用して、浮上したキャノピー形成大型藻類 (海面から 1 デシメートル以上伸びるカジメなど) を観測する可能性を調査します。私たちは、AVIRIS-NG 画像からのマッチアップ観測を使用して LVIS 観測を検証し、LiDAR リモートセンシングが西ケープ州などの重要な生物多様性地域での浮上ケルプの監視を改善できるかどうかをテストします。

ブレイデン・リップスコム、ウェストバージニア大学

海洋生態系の光学特性を理解することは、海洋生産性に関連するモデルを改善するために極めて重要です。衛星観測を海洋生産性または海面下（例：底生）の光利用可能性と関連付けるモデルは、垂直構造のパラメータ化や表面観測からの柱状パラメータの導出において不確実性に悩まされることがよくあります。最も正確なモデルは、大気の光学的厚さや水柱構造などの仮定を最小限に抑え、現場観測所データを使用します。たとえば、グライダーやフロートから得られた垂直構造に関する情報を組み込むことで、衛星一次生産性モデルの精度が向上することが以前に実証されています。カリフォルニア海洋漁業共同調査（CalCOFI）による南カリフォルニア海流システムの定期調査中に得られた光合成有効放射（PAR）の垂直プロファイルを分析します。水柱成分濃度の垂直変動や、感度、自己遮蔽、船舶の近接性に関連する計測の課題にもかかわらず、光利用可能性の 1% および 10% の深さでは、表面近く（つまり、最初の 10 m 以内）で測定された減衰と一貫した対数線形関係を示すことがわかりました。私たちの研究結果は、地下の光学特性は、これまで考えられていたよりも、地表付近の測定からより確実にパラメータ化できることを示唆しています。

ドミニク・ベントレー、ペンシルベニア州立大学

湧昇とは、海洋表層の渦による移流により、栄養塩層、温度躍層、等密度層が浅くなることである。この浅くなる効果により、特定の水域における藻類ブルームの生産性が増加する。メソスケールから変形スケールの渦循環は、緯度、季節、方向、その他の物理的要因に基づいて生産性を調整する。しかし、渦の強度と方向を生産性や海洋生物地球化学と関連付ける観測には限界があるため、海洋微生物環境に対する渦の影響を支配する多くのプロセスは不明のままである。現在、衛星は、雲の障害物（生産性を刺激する可能性のある嵐を含む）や、観測が近海に限定されることによる制限はあるものの、高い再サンプル率で広い空間をカバーできる唯一の海洋観測システムである。海洋学における永続的な知識ギャップは、サブメソスケールのダイナミクスを解明する観測の空間解像度の限界に起因している。 2022年12月に打ち上げられた表面水および海洋地形（SWOT）ミッションは、従来のミッション（TOPEX / Poseidon、Jason-1、OSTM / Jason-2など）と比較して解像度を高めた海洋上層循環の観測をサポートしています。一方、2024年2月のプランクトン、エアロゾル、雲、海洋生態系（PACE）衛星の打ち上げは、海洋微生物生態系のダイナミクスに関する知識の向上が期待されています。私たちは、海面高度（SSH）異常（渦度の有益なパラメーター）のSWOT観測と、表面植物プランクトンバイオマスおよびコミュニティ構成のPACE観測を照合し、北大西洋の海洋渦と植物プランクトンバイオマスおよび群集構造の分布を関連付けます。SSH極小値内でクロロフィルa（Chla）の高濃度を観測し、湧昇による栄養素の流入に関連するサイクロン特性によって植物プランクトンの生産性が刺激されていることを示しています。

アビゲイル・ハイザー、ウィスコンシン大学マディソン校

1905 年、コロラド川の洪水により、カリフォルニア州最大の湖となるソルトン湖が形成されました。現在、流入水の大部分は農業排水で、肥料や汚染物質を多く含み、湖の栄養分濃度が上昇して有害な藻類の大量発生 (HAB) を引き起こしています。HAB の発生頻度が高まっているため、水質が悪化し、環境毒素が流入し、この地域の生態、環境、経済、健康にリスクが生じています。NASA の地球表面鉱物ダスト源調査 (EMIT) 画像分光計を使用して、シアノバクテリア指数 (CI) と散乱線高さ (SLH) という 2 つのハイパースペクトル水生リモート センシング アルゴリズムを適用しています。これらのアルゴリズムは、重要な HAB 分類群であるシアノバクテリアの時空間変動を検出し、特徴付けます。もともと大気中の鉱物ダストを研究するために設計された EMIT のデータ製品は、高い空間解像度と高いスペクトル解像度の両方で詳細な水生特性評価を行う新しい機会を提供します。 EMIT に水生機能を追加することで、HAB 発生の要因とタイミングを監視および研究するための新しい費用対効果の高いツールが導入され、環境動態に関する理解が向上します。

エマ・イアコノ、ノースカロライナ州立大学

過去数十年にわたり、世界は平均気温の着実な上昇を目の当たりにしてきました。これは気候変動の影響が拡大していることを明確に示しています。1990 年にアンドリュー・バクンは、海面温度と陸面温度の不均等な温暖化によって圧力勾配が増加し、カリフォルニア海流システム (CCS) を含む東部境界海流内で沿岸湧昇率が上昇するという仮説を立てました。湧昇に有利な風の予想される増加は、CCS の生産性に大きな影響を与えます。CCS では、湧昇した水が栄養分を注入して沿岸海洋植物プランクトン ストックを維持し、成長させます。したがって、湧昇の増加は海洋上層の濁度の増加、つまり植物プランクトン濃度の増加をもたらすと予想されます。濁度の歴史的観測は、セッキ ディスク (水柱に下ろされる不透明な白い器具) を使用して得られた観測によって裏付けられています。セッキディスクの深さ、つまりセッキディスクから反射された光が表面から見えなくなる深さの観測は、有光層への光の浸透を定量化します。セッキディスクの深さの浅瀬化は、1969年から2007年までの歴史的観測で、中央および南部CCSの沿岸水域、遷移水域、沖合水域で以前に報告されていました。ここでは、2007年から2021年までのその後の期間のセッキディスクの深さを再評価し、水の透明度の最近の変化をテストします。さらに、海洋微生物生態学の潜在的な変化をテストするために、セッキディスクの傾向の季節性と空間パターンを評価します。評価した沿岸領域の一部で、長期的傾向の兆候が見つかりました。一般的に、私たちの調査結果は、以前に報告された傾向の逆転を示唆しています。特に、最近の海洋熱波（MHW）と関連していると思われる水の透明度の増加が、セッキディスクの深度観測における最近の変化の原因である可能性があり、CCS微生物生態系の変化に対するMHWイベントの重要性を示しています。

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