对干旱城市湖泊的高分辨率时空监测

概述

坦佩镇湖（Tempe Town Lake）是一个人工湖，位于亚利桑那州坦佩（Tempe）城市核心附近，由盐河（Salt River）筑坝而成。该湖建于 1999 年，主要用于垂钓和划船等娱乐活动。该湖是亚利桑那州游客量第二大的旅游景点，自建成以来累计产生了超过 15 亿美元的经济效益，因此对其进行监测和维护至关重要。

自 2005 年起，该湖开始接受长期水质监测。溶解氧水平普遍高于 5 毫克/升，表明该湖并非富营养化。该湖还呈碱性，平均 pH 值约为 8，这可能是由于其生产力较高，且基岩中贫含碳酸盐所致。

挑战：

在过去的 13 年中，每周都会对湖泊的 pH 值、溶解氧含量、温度、电导率、溶解有机碳 (DOC) 和氮含量进行非连续性测量。这些测量需要从湖中取水并带回实验室进行分析，这限制了数据集的时间分辨率。

解决方案

已获得资金为坦佩镇湖配备一个数据探测仪，该探测仪能够通过荧光检测溶解有机物，能够以比以前高得多的频率进行现场测量（在原点生成测量结果）。该项目的一个主要目标是确定该探测仪可测量的参数–特别是有色溶解有机物 (CDOM) –是否可用作溶解有机物的替代物，因为现场测量溶解有机物并不现实。

定制的 Solinst Eureka Manta 35+ 水探测器以更高的时间分辨率研究坦佩镇湖的动态。Manta+ 传感器配备了温度、pH 值、电导率、溶解氧、浊度、CDOM/FDOM 和叶绿素 a 传感器。

结果

校准后，Manta 35+ 水探测器于 2018 年 6 月 25 日从湖泊东北侧的浮动码头下放到坦佩镇湖中。收集了六个月的数据，以两个三个月为一个周期。不出所料，湖水温度显示出强烈的昼夜周期，氧气水平也是如此；氧气滞后于温度，这可能是由于氧气水平达到饱和所需的时间。更令人惊讶的是，CDOM 的含量似乎也在循环，尤其是在夏季（图 3）。这种昼夜循环在冬季有所减弱，但在傅立叶分析中仍能检测到。

曼塔号的初步结果表明，坦佩镇湖的生物地球化学行为存在一些规律，需要进行高分辨率监测。

此外，温度与湖泊中的 CDOM 水平之间似乎存在相关性，这可能是昼夜循环的驱动因素。了解这种关系仍然是该项目的一个重要未来目标。

展望未来，有了坦佩镇湖的强大时间序列，就有可能对湖泊生态中的关键性减缓和其他转变进行更深入的分析，以帮助保持湖泊健康和宝贵的资源。

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