Brug af satellitdata til monitering af danske farvande

Kraftig forårsopblomstring af giftig alge i 2011
Dette forår oplevede vi i de indre danske farvande den hidtil kraftigste opblomstring af den skadelige algeart kaldet Pseudo-Chattonella. Siden 1998 er der observeret flere mindre opblomstringer af algen, der menes at være kommet hertil med skibes ballastvand optaget i området omkring Japan, hvor algearten er naturligt forekommende.

Opblomstringen i år var så kraftig, at der i flere medier blev meldt om ’dræberalger i Danmark’. Algetypen er imidlertid er ikke farlig for mennesker, men er i høje koncentrationer dræbende for fisk. Dette er naturligvis et problem for fx lystfiskere og derigennem turismen i Danmark, men mere alvorligt er det for akvakultur-industrien i Danmark, der kan blive økonomisk hårdt ramt af fiskedød i deres produktionsfaciliteter. Der er derfor behov for et redskab til dels at monitere udbredelse og forekomst samt til at forudsige situationen nogle dage fremad.

Satellitter giver dag-til-dag monitering
I dag er det muligt at monitere adskillige parametre i de danske farvande rutinemæssigt ved hjælp af satellitdata. Satellitterne passerer Danmark dagligt, og er i stand til at levere information om eksempelvis klorofyl, suspenderet sediment, sigtdybde mm. i en opløsning på 300 meter. Den store fordel ved satellitbaserede målinger er især muligheden for en kortlægning af rumlige mønstre og variationer over store afstande. Samtidig er det nemt at måle variationer i de ønskede parametre ved at sammenligne billeder fra forskellige tidspunkter, hvorved det er muligt at kortlægge om en parameter udviser en stigende eller faldende trend, afvigelser på uventede tidspunkter mv. Sammenholdt med den traditionelle punktbaserede måling er det også en yderst omkostningseffektiv moniteringsmetode, hvor det tolkede produkt er klart umiddelbart efter satellitten har passeret Danmark samme dag.

Forårsopblomstringen i år er et godt eksempel på mulighederne for satellitbaseret monitering af de danske farvande. Nedenfor er vist et eksempel på en billedserie af klorofyl i 300 meters opløsning fra perioden i marts med den intense opblomstring af Pseudo-Chattonella. Billedet viser algekoncentrationer, hvor lave koncentrationer er vist med blåt med stigende mængder fra grøn, gul og rød (rød angiver koncentrationer over 20 mg/l). Algeopblomstringen er i midten af marts tydelig i Lillebæltområdet, og breder sig senere i perioden i de indre danske farvande. På billedserien er det således muligt at følge både intensiteten og udbredelsen af opblomstringen på de enkelte dage samt den rumlige udvikling i perioden.

Europæisk samarbejde bag bedre danske data
Teknologien i forhold til farvandsmonitering har været kendt og mere eller mindre brugt i mere end 20 år, men især inden for de seneste 5-10 år har der været stor fokus på forbedring af metoder til bestemmelse af parametrene. Tidsserien af algekort fra foråret er leveret som en del af et fælleseuropæisk projekt - MarCoast (Marine & Coastal Environmental Information Services) der er finansieret af det Europæiske Rumagentur – hvor GRAS og DHI har været partnere i det danske bidrag til projektet siden 2006. Fokus i MarCoast projektet er overordnet at udbygge kendskabet til mulighederne i satellitbaseret monitering af marine og kystnære områder, samt at få etableret robuste og pålidelige systemer der kan levere data videre til brugerne. Gennem MarCoast systemet har GRAS udviklet et system der er i stand til at håndtere data fra en række forskellige satellitter. Systemet henter data umiddelbart efter passagen af Danmark, beregner relevante marine parametre for til sidst at videresende data til vores partnere. Alt dette sker indenfor få timer efter satellitpassagen.

Højopløselige data
De seneste år har systemet været baseret på data i den højest mulige opløsning hvis man ønsker daglig information. Ved at bruge billeder fra den europæiske satellit ENVISAT er det muligt at kortlægge fx algekoncentrationer i 300 meter opløsning. Derved bliver det muligt at kortlægge lagt flere detaljer i strukturen af algekoncentrationerne, ligesom det bliver muligt at komme tættere på kysten i forhold til data i den traditionelle opløsning på 1000 eller 1200 meter. Detaljeringsgraden i data kan ses nedenfor hvor et zoom af algekortet fra d. 16 marts i år er vist. De meget høje koncentrationer af Pseudo-Chattonella er meget tydelige i hele Lillebælt området samt i Vejle Fjord og omkring Århus Bugt/Kalø Vig. Røde farver angiver koncentrationer over 20 mg/l.

2 + 2 = 5…
GRAS’ bidrag til MarCoast projektet er blevet lavet i tæt samarbejde med DHI. Samarbejdet har omhandlet kobling mellem satellitdata og DHIs numeriske modeller, hvor de er i stand til at forudsige adskillige parametre i det marine miljø. En af de største udfordringer ved brug af satellitdata til monitering i Danmark og Nordeuropa generelt er skydækket, der gør det umuligt at observere vandoverfladen. Ved at koble modelmiljøet med satellitdata opnås et system, hvor modellerne kontinuerligt leverer information uanset om det er skyet eller ej. I de tilfælde hvor der er satellitdata tilgængeligt assimileres de ind i modellerne. Som tidligere beskrevet er satellitternes store styrke netop at de er i stand til at levere information omkring den rumlige fordeling af en parameter. Satellitdata kan i modeluniverset derved bruges til at ’justere’ modellen så de rumlige mønstre i modellerne styres bedre på plads.

Ved at kombinere de to forskellige teknologier opnås en synergieffekt, hvor resultatet er bedre information end hvis satellitbilleder og modeller blev brugt hver for sig.

Nedenfor er vist et eksempel af en modelkørsel fra DHIs farvandsudsigt til venstre med det assimilerede satellitbillede til højre. Ved at assimilere satellitdata ind i modellerne opnås en bedre nøjagtighed på prognoser og forudsigelser. For fx akvakulturen kan det være et meget værdifuldt værktøj i situationer som under forårets algeopblomstring. Med en opdateret prognose på algekoncentrationer og -udbredelse kan akvakulturen nå at foretage de nødvendige foranstaltninger og kraftigt reducere et tab inden et produktionsområde evt. rammes fiskedød grundet høje koncentrationer af alger.

Teknologien bruges i dag aktivt af flere instanser, og værdien af satellitbaseret monitering – evt. koblet med modelleringsværktøjer og prognoser – møder større og større accept. Den operationelle monitering der her er vist eksempler fra kører årligt i perioden februar – oktober for området dækkende Nordsøen, Indre danske farvande og Østersøen. Eksempler på generelle DHI/GRAS produkter tilgængelige via MarCoast projektet kan ses på http://marcoast.vandudsigten.dk.

En dedikeret service rettet mod den danske akvakulturindustri kan ses på http://havbrug.algevarsling.dk/.

MarCoast projektet er finansieret af det Europæiske Rumagentur, der også stiller MERIS satellitdata til rådighed.