EPA的藻类预警App - 海洋污染预警系统

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大象死亡之谜

近期看到了一个热点新闻，野生动物离奇死亡：

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南非的博茨瓦纳著名的奥卡万戈三角洲深处从今年3月开始，陆续有超过300头大象神秘死亡，这个南非国家拥有全球数量最多的大象，预计在13万头左右。根据野生动物和国家公园局的副局长Cyril Taolo，官方已经排除了炭疽或者盗猎等人类行为。

这种大规模动物死亡的事件，引起了当地动物管理部门的重视，调查的过程也比较曲折，刚开始的时候先从人为的原因开始， 先想到的是偷猎者，因为博茨瓦纳在2019年取消了大象狩猎禁令，之前也有报导偷猎者用氰化物下毒，但是这次从大象死亡的尸体上看到，其的象牙仍在，所以很快就被排除了。

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然后，猜测会不会是炭疽病，但是这次只有大象死亡，而其他动物并没有发现类似的情况，所以很快也被排除了。

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大象死亡特征有几个共同点：

在野生区域，动物死亡之后会被以腐肉为生的动物吃掉，但是这次大象尸体很少有这样的动物来。大象死亡前的特征行为诡异，专家判断是神经系统受到干扰，死亡大象不区分年龄和性别。

经过层层调查分析，排除各种可能性，官方给出的结论是认为大象死于神经毒性蓝细菌中毒，原因可能是由于季节性蓝细菌繁殖泛滥导致的。

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虽然很多人对这个结果还存在一些疑点，但是目前确实是最大的可能性。

蓝藻

蓝藻？蓝藻对于大众来说可能比较陌生又熟悉，陌生是因为其仅仅在高中生物中有一点点的内容提及，而熟悉是因为在2007年我国的太湖爆发了蓝藻藻华，引起了当地的饮用水的危机，蓝藻开始进入公众的视野，引起了广泛的关注。

中国科学院南京地理与湖泊研究所的专家在接受采访时指出，导致太湖蓝藻爆发的主要原因是持续多年的暖冬积温，尤其2007年4月太湖流域平均水温是近25年中最高的，达到了19.56℃，非常适合藻类生长。此外，当年1至4月份偏南风风场也显著高于往年平均值，这使得太湖内其他湖区的藻类向梅梁湖集中。梅梁湖100多平方公里水域恰似一个水体相对静止的“大口袋”，偏南风一吹，这个“大口袋”就成了整个太湖蓝藻的聚积处。

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维基百科上，对蓝藻的定义和解释：

蓝菌门（学名：Cyanobacteria），也被称为蓝绿藻，是一类能透过产氧光合作用获取能量的细菌，但有些也能透过异营来获取能量。过去曾长期被归于藻类，但实际上蓝菌与真核生物非常不同，现时已被归入细菌域。蓝菌生物皆含有神经毒素BMAA（β-N-methylamino-L-alanine），并可能透过食物链不断累积产生生物放大作用，对人类的损害将逐渐增加。BMAA已证实会对动物产生强烈的毒性，加速动物脑神经退化、四肢肌肉萎缩等等，小量BMAA积累已能选择性杀死老鼠的神经元。蓝菌的次生代谢产物微囊藻毒素有非常强的毒性，可能会严重损害肝脏，引致肝癌。不同种类的蓝菌含有不同类型的毒素，当中包括神经毒素（Neurotoxin）、肝毒素（Hepatotoxicity）、细胞毒素（Cytotoxicity）及内毒素等，使他们对人体及动物构成生命危险。已有纪录证明饮用或于被蓝菌污染的水源接触会引致中毒现象，但实际多少的摄取量会致命则未有定论。

实际上，对于蓝藻也不必惊慌，蓝藻是比较常见的一种微生物，蓝藻门中并不是所有的都会产生毒素，但是如果遇到合适的条件，如温度、营养物质、风等，其会大量的繁殖，这时候会大量的消耗氧气，从而影响整个生态系统，同时有毒素的物种也会增多，使得毒性产生效果。

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由于藻类对温度十分的敏感，对于大象的死亡，气象学家也表达了自己的看法，气候的变化导致了类似的事件增多了，所以未来这种事件会更多的发生。

蓝藻预警

由于蓝藻如此大的危害，降低蓝藻危害的有效措施之一就是提前预警，以便对其进行相应的措施，世界各地学者也进行了大量的研究，开始在蓝藻预警上进行一定的探索。近年来，主流采用的方法为水质的机理模型，很多的水质模型的模拟指标都包括了藻类，像EFDC就能够模拟三种藻类，如果有充足的数据，理论上就能够对藻类进行一定的预测和预警。

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但是由于目前数据条件限制，需要大量的自动站实时数据，所以该方法应用仅在局部区域有所应用，且推广难度较大。而随着卫星遥感技术的发展，目前很多地方已经开始采用卫星遥感来进行蓝藻的预警。

美国为了应对赤潮（与藻华类似）问题，美国环保署EPA与多家科研机构合作开发了针对蓝藻监测的手机app（CyanobacteriaAssessment Network, CyAN app），合作单位包括了美国国家航空航天局(NASA)、国家海洋和大气管理局(NOAA)和美国地质调查局(USGS)。这款CyAN 应用程序在 2019 年 7 月在谷歌商店发布，但是其早在测试期已经有了一定的效益，据《地理健康》最近的一篇文章描述2017年犹他州湖的藻华，当地政府利用卫星数据进行预警比使用其他检测方法提前7天作出反应，提前的预警预计节省约37万美元的医疗费用、工作时间损失和其他经济影响。

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CyAn应用程序能够展示出美国的内陆水体2000多个大型湖泊及水库和沿海水域的蓝藻水华的位置，管理者课根据这些数据对藻华风险做出初步的评估，再针对具体情况进一步深度的监测分析，采取相应的措施。

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Cyan app介绍

对于其究竟有多准确，个人觉得可能未必准确度有那么的高，但是在相关的报导中看到，多数管理者对该app的使用感受主要有两点，第一点是能够帮助更加有效的使用资源，因为这个app提供的信息能够使得管理者聚焦在更可能有问题的区域进行监测，而不是面对这些广阔的区域进行撒网。另外一方面，图像的表达更加适合宣传和传播，降低了传播的门槛。

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Cyanobacteria Assessment Network (CyAN)

根据这个app，搜索了EPA相关的主题，这个app是其CyAN项目的一个产品——蓝藻评估系统（CyAN），是2015年10月1日开启，EPA、美国国家航空航天局（NASA），美国国家海洋与大气管理局（NOAA）和美国地质调查局（USGS）之间的多机构合作项目，目的是基于卫星数据监测美国淡水系统中的藻华预警系统，保护水质和人类健康。

目标：

基于海洋卫星数据，开发一套通用的系统方法来识别藻华构建跨卫星平台的评估策略和优化算法确定淡水系统中叶绿素a和蓝藻藻华之间的联系利用卫星来评估饮用水和娱乐用水可能的健康风险移动应用和海洋卫星开发的预警系统的经济效益评估卫星数据的传播

项目地址： https://www.epa.gov/water-research/cyanobacteria-assessment-network-cyan

小结

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大象的死亡看似并非人类所为，但是细究下去，真的一点原因都没有吗？

全球的气候变化，虽然并非是单纯的变暖那么简单，但是确实影响了自然界，不清楚未来是否会继续有类似的事件发上，但是我们人类自己要更加关注自然对我们自己的反噬。

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另外，作为一名环境从业者，一定要打开思路，环境本来就是一门综合学科，现在人工智能技术发展的如火如荼，卫星遥感的接触门槛越来越低，这些都给我们带来了新的机会，以前总说生化材环是四大天坑，但是我觉得AI和遥感技术两大技术是脱坑的好工具，加油吧。

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参考文献： [1] CyAn应用介绍：https://www.epa.gov/water-research/cyanobacteria-assessment-network-mobile-application-cyan-app [2] Mobile device application for monitoring cyanobacteria harmful algal blooms using Sentinel-3 satellite Ocean and Land Colour Instruments：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364815218302482?via%3Dihub

水环境编Cheng长

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2020-10-1

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