Het op een 30 meter hoge toren in Chesapeake Bay geïnstalleerde PANTHYR-instrument – ontwikkeld door het Vlaams Instituut voor de Zee – meet continue de kleur en helderheid van het wateroppervlak. Deze data helpen bij het opsporen van veranderingen in de waterkwaliteit, zoals algenbloei, en ondersteunen klimaatonderzoek. Maar de resultaten dragen ook in belangrijke mate bij aan het valideren van wereldwijde satellietobservaties door NASA bij het bewaken van het mariene milieu.
Torenhoge ladders beklimmen en daarbij nesten van visarenden vermijden, klinkt op het eerste zicht niet iets als een typische bezigheid van wetenschappers die werken met computermodellen. Maar voor Kevin Turpie en zijn medewerkers van de Universiteit van Maryland (UMBC) in het oosten van de Verenigde Staten is het dagelijkse kost. Zijn team werd de afgelopen 15 maanden bijgestaan met wetenschappers en ingenieurs van NASA, het Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN) en het Vlaams Instituut voor de Zee (VLIZ). Samen hebben ze een nieuw instrument geïnstalleerd en uitgetest op een 30 meter hoge navigatietoren van de kustwacht, midden in de Chesapeake Bay.
Het door VLIZ ontwikkelde PANTHYR-instrument – de Pan-and-Tilt Hyperspectral Radiometer – maakt deel uit van WATERHYPERNET, een groeiend netwerk van automatische instrumenten die metingen aanleveren om satellietobservaties te valideren. Het WATERHYPERNET-concept is ontwikkeld door KBIN en VLIZ, en wordt ondersteund door de European Space Agency (ESA).
Het station in de Chesapeake Bay is een eerste in Noord-Amerika, terwijl er reeds andere WATERHYPERNET-stations actief zijn aan de kusten van Frankrijk, Italië, België en Argentinië. “Het nieuwe station zal een schat aan informatie opleveren over de waterkwaliteit en de milieu- en ecologische omstandigheden in de Upper Chesapeake Bay”, zegt Kevin Turpie, een onderzoeksprofessor bij het Goddard Earth Science Technology and Research Center (GESTAR II), een samenwerkingsverband tussen UMBC en NASA.
Een grond(ige) test
Bovendien zal de PANTHYR in Chesapeake Bay helpen bij het valideren van gegevens van het Ocean Color Instrument (OCI) aan boord van de onlangs gelanceerde NASA PACE-satelliet (Plankton, Aerosol, Cloud and Ocean Ecosystem). Het station zal ook gegevens leveren om andere satellietmissies te valideren, waaronder NASA's toekomstige SBG-satelliet (Surface Biology and Geology), onderdeel van het geplande Integrated Earth System Observatory.
“Waarnemingen vanuit de ruimte zijn essentieel om te begrijpen hoe onze planeet als systeem functioneert en hoe dat systeem verandert. Maar zulke metingen worden gedaan in de ruige omgeving van de ruimte, doorheen de atmosfeer heen, vanop honderden kilometers afstand,” legt Turpie uit. “We moeten die gegevens dus kunnen vergelijken met dezelfde soort metingen aan het wateroppervlak. PANTHYR is een rigoureuze test voor de metingen door PACE en zijn vermogen om vitale informatie te verzamelen over de meest kritieke hulpbronnen aan de kust.”
Links: De 30 meter hoger toren in Chesapeake Bay (USA) met het PANTHYR-instrument geinstalleerd op het bovenste platform. Rechts: Onderdelen van het PANTHYR-systeem zijn meetinstrumenten voor solar spectral irradiance (a) en hemel- en oppervlaktestraling (b), een pan/tilt-kop (c), een gsm antenne (d), de bedieningskast (e), het zonnepaneel (f), en de stroomregelkast (g).
Een uitdagende werklocatie
Het Chesapeake Bay PANTHYR-station werd in juli 2023 geïnstalleerd, maar kwam voor uitdagingen te staan als gevolg van het winterweer, complexe logistiek, de instorting van de Key Bridge in Baltimore. Na reparatiemissies, o.a. met medewerking van Dieter Vansteenwegen van VLIZ, is de PANTHYR sinds september 2024 weer operationeel en stromen de gegevens binnen.
Het regelen van een trip om de PANTHYR te onderhouden is best ingewikkeld: je hebt een boot nodig om de onderzoekers van en naar de locatie te brengen, en alleen hoogtewerkers met een speciale opleiding hebben toegang tot het instrument in de toren. Rustig weer is een vereiste. Bovendien bestaat er in de lente altijd het risico dat visarenden of adelaars de toren uitkiezen om er te nestelen. Dat maakt het instrument ontoegankelijk, zolang er jonge vogels aanwezig zijn.
Maar het team gaat er de volle 100% voor, omdat de gegevens die PANTHYR produceert zeer waardevol blijken te zijn. Elke 20 minuten meet PANTHYR de intensiteit van het licht dat op het wateroppervlak valt, de helderheid van de lucht en de hoeveel licht er van het wateroppervlak wordt teruggekaatst. PANTHYR detecteert zichtbaar en nabij-infrarood licht. Dit zijn enkele van de gegevens die satellieten zoals PACE ook verzamelen. PANTHYR, maar ook andere WATERHYPERNET-instrumenten, helpen wetenschappers zo bij het verbeteren van de algoritmes voor de dataverwerking en monitoring van fenomenen in het Chesapeake estaurium, zoals schadelijke algenbloeien.
Dieter Vansteenwegen (VLIZ) klom samen met NASA-medewerkster Samantha Smith tot het bovenste platform van de toren waar de PANTHYR op gemonteerd staat, enkel toegankelijk via een ladder met veiligheidsreling en met gespecialiseerde klimuitrusting.
“Autonome stations zoals deze verzamelen een schat aan informatie waarmee we de satellietdata kunnen valideren – veel meer dan we er kunnen verkrijgen via wetenschappelijke cruises of andere middelen, die erg duur kunnen zijn,” zegt Turpie. “Het is boeiend om meerdere waarnemingen per dag te krijgen van de veranderende waterkwaliteit en ecosysteemomstandigheden van dit belangrijke kustestuarium. Voor oppervlakte radiometrie is dit erg belangrijk om zoveel mogelijk overeenkomsten met satellietwaarnemingen op te bouwen.” Dieter Vansteenwegen: "In de toekomst is UMBC verantwoordelijk voor het onderhoud en de werking van het PANTHYR-station. Turpie en zijn collega's engageerden zich om het station in topvorm te houden, zodat het nuttige gegevens kan blijven produceren en toekomstige satellietmissies kan blijven informeren – met of zonder de 'hulp' van de visarenden uit de buurt."