Citizen sciences technologies for operational monitoring of aquatic ecosystems

Tesi en modalitat de compendi de publicacions
(English) Light attenuation is a critical factor in aquatic ecosystems for many physical and biological processes. Water transparency plays an essential role in understanding the variations of the ecological environment in water, especially in coastal and continental areas. Monitoring the transparency of the water serves as an indicator of the water quality and reports on the concentrations of phytoplankton, the levels of dissolved organic compounds, or particulate matter. The traditional method for measuring water transparency is the Secchi disk. However, some limitations exist in this method. In shallow and transparent waters, the Secchi disk can reach the bottom without disappearing. In addition, the quality of the Secchi disk distance observations has an error associated with each person’s vision. Furthermore, it is not possible to include this measurement as an operational oceanography measurement due to the measurement’s difficulty in quantifying its uncertainty. These issues contrast with the objectivity of technological equipment, which can provide accurate and complete measurements that help with long-term evaluations. The main goal of this thesis is to assess the feasibility of an operational water quality monitoring system based on low-cost optical technologies that ensure a high density of measurement stations (completeness) and, at the same time, an automated system to control the quality of the observations (accuracy). For this reason, we plan to validate the concept of Operational Marine Optics (OMO): Towards systematic and long-term routine measurements of the optical properties of the water and their rapid interpretation and dissemination. First, a low-cost operational monitoring device, the KduPRO, has been developed for coastal and inland waters. This device estimates the Kd (the diffuse attenuation coefficient, which describes the concept of light extinction with depth) with an automated quality control system. The measurements have been compared
(Español) En los ecosistemas acuáticos, la atenuación de la luz es un factor crítico que influye en muchos procesos físicos y biológicos. La transparencia del agua es esencial para comprender las variaciones del entorno ecológico en el agua, especialmente en las áreas costeras y continentales. Monitorizar la transparencia del agua sirve como indicador de su calidad e informa sobre las concentraciones de fitoplancton, de los niveles de compuestos orgánicos disueltos, o bien de la materia particulada. El método tradicional para medir la transparencia del agua es el disco de Secchi, aunque presenta algunas limitaciones. En aguas poco profundas y transparentes, el disco puede llegar al fondo sin desaparecer. Además, la precisión de las observaciones sobre la distancia del disco de Secchi está sujeta a la visión de cada persona. Debido a la dificultad para cuantificar la incertidumbre de esta medida, no es posible incluirla como medida oceanográfica operacional. Estos problemas contrastan con la objetividad de los equipos tecnológicos, que pueden proporcionar mediciones precisas y completas que ayudan con las evaluaciones a largo plazo. El objetivo principal de esta tesis es evaluar la viabilidad de un sistema operativo de monitorización de la calidad del agua basado en tecnologías ópticas de bajo coste que aseguren una alta densidad de estaciones de medida (completitud) y, al mismo tiempo, un sistema automatizado para controlar la calidad de las observaciones (exactitud). Para ello, se ha propuesto validar el concepto de Óptica Marina Operacional (OMO): Hacia mediciones rutinarias sistemáticas y a largo plazo de las propiedades ópticas del agua y su rápida interpretación y difusión. En primer lugar, se ha desarrollado un dispositivo de monitoreo operacional de bajo coste, el KduPRO, que puede ser utilizado en aguas costeras y continentales. Este dispositivo estima el Kd (el coeficiente de atenuación difusa, que describe la extinción de la luz con la profundidad), con un
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