数据可靠，更节省时间和精力

2021-06-30，星期三

背景

路易斯安那州的商业捕虾业对整个州及其墨西哥湾沿岸的社区都具有极大的经济价值。2011 年捕捞作业的产值就有大约 1.3 亿美元。为了妥善管理每年两次商业捕虾季的开始和结束时间，该州一直依赖于两个环境指标来预估虾群的兴旺状态，进而确定春季捕捞的持续时间和秋季捕捞的开始时间。首先是根据现场所记录的沿路易斯安那州海岸虾群自然栖息地的海水盐度和温度数据估计虾群的规模。其次是进行频繁的现场捕捞，由生物学家来衡量虾的成熟度。不难看出，现场捕捞作业不但成本不菲，也很浪费时间，尤其是要追踪数百个河口虾群栖息地的环境是否健康，有的还在很远的地方。

为了试着减少对昂贵的现场捕捞活动的依赖，研究人员正在探索一种质量更高，持续时间更长的部署方案，并配有成套现场仪表，特别是针对最偏远的虾群栖息地。为了实现该目的，路易斯安那州的一组联邦水文科学家和现场技术人员正着手评估将部署在沿海环境的最新水质仪器的性能。水文科学家们选择了一处已有的测量点进行评估，该测量点位于路易斯安那州霍马附近的卡尤湖。选中该处是因为它的中心靠近虾群的多处主要栖息地，并且过去在夏季曾出现过非常严重的污染。

项目启动

该项目始于2012年5月，专家们分别部署了三个水质仪器，其中包括 Sea-Bird Coastal HydroCAT 分析仪。主要目的是确定需要多久才可以依靠这些指定的仪器为客户提供稳定的高品质盐度和温度数据，之后人们才能利用这些数据估算虾群的规模。三台仪器被用绞车系泊在已有观测墩的旁边，如图 1 所示。

部署完毕，随后每30天左右水文学家们就会去了解现场的情况。每次走访，这些专家就会从三个仪器上下载数据，并用清洁的仪器读取水质读数。

初步结果

水文专家们第一次回到部署地点是在七月中旬。从所有三个部署的对比分析仪中收集的数据可当成是从一个清洁的、新近校准过的参考分析仪中收集的一个数据集。并且对每台仪器进行拍照，记录他们从湖中取出时的状态。所部署的每台仪器都未以任何方式进行过清洗。经检查证实，HydroCAT 的外部有明显的生物生长（藤壶等）情况，但有两处例外。如图 2 所示，内部测量流路中的进水口和排水口都不会被生物淤积物的生长所遮蔽。通过定期使用板载的集成泵和微型防污设备可使进出水口均保持畅通。

第一次前往测量点对比了每台仪器的结果后，专家们将结果汇总为下方的表1中。请务必注意，从2012年5月开始部署仪器以来已经过了55天。

近两个月的部署后，尽管生物污染重，HydroCAT 的电导率仍然很好地保持在了±3%内，这是美国地质调查局对电导率所限定的方差规格。

随访结果

八月中旬，水文专家们再次回到卡尤湖部署点。和之前在测量点一样，他们开展了同样的工作，将结果汇总在下方的表2中。请注意，自开始部署以来，时间已经过了84天。

结果讨论

图4中，显示了在夏季这个高污染季两次考察卡尤湖现场的累计结果。经过近60天的部署后，和清洁仪器的结果对比，2号和3号仪器的电导率分别漂移了-15%和-77%，而 HydroCAT 的漂移则小于 -0.2%。经过近90天后，2 号仪器又漂移了-25%，3 号仪器的状况则有小幅回升，为 -67%。而 HydroCAT 在这次考察期间与清洁的仪器相比其下降程度仍小于-1%。在被带回 Sea-Bird 后，重新校正的HydroCAT 的漂移率被定为0.1% ，处在美国地质调查局规定的3% 漂移指标内。此图和部署后的校准数据表明了 HydroCAT 有能力在整个近90 天的运行周期内确保数据准确可用。

结论

在部署仪器的这段时间内主要有三点收获。首先是有了更高的精确度，扩展了部署仪器的能力，使水文学家们能更灵活地进行实地测量。如果因为现场不安全或意外延迟而未能从现场得到数据，仪器将继续准确而可靠地记录数据，直到下一次有人能从现场取得数据为止。其次，额外的精度和布置耐久性意味着原始数据不需要任何的后期处理。这样就能节省大量的时间，而不用回到实验室后再单独收集、处理和审批数据后再公布。当数据需要后期处理时，水文学家必须提出校正曲线的申请且必须要在审核通过后才能进行修正。一旦这项工作完成，就会根据美国地质勘探局的标准对数据质量评 级。之后可能会花相当长的时间去陆续收集、修正和发布评为一般或较差质量的数据。最后，也是最重要的是，由于数据只需很少或根本无需后期处理，因而更加可靠。由于原始数据符合美国地质调查局的QA /QC要求，无需后期处理，因此其数据质量评级会自动评为优良。品质评级为优良的原始数据无需更多解释，公共或私营部门对其的质疑也更少。

最终，这个论证表明了HydroCAT可借由连续的监测程序，提供精确可靠的数据，这样即便在环境监测条件非常不稳定的情况下也能更有效地发布。