EPA的藻类预警App

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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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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

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2020-10-1

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