Novas bóias melhoram as previsões para o litoral norte de Minnesota

Por mais de 11 anos, Jay Austin e sua equipe de pesquisa na University of Minnesota Duluth têm cuidado cuidadosamente de uma safra de bóias meteorológicas amarelo-brilhantes flutuando no Lago Superior. Cada bóia captura dados em tempo real usados ​​para previsão do tempo, segurança marítima, fretamentos de pesca comercial, remadores, nadadores, velejadores, pesquisadores e por qualquer um curioso sobre o maior dos Grandes Lagos.

“Queremos entender como o lago e a atmosfera acima dele interagem”, disse Austin, um limnologista físico (cientista de lagos) e professor de física e astronomia na UMD. “Especificamente, queremos entender como essa interação impacta o lago e como ele está mudando ao longo do tempo.”

Em maio de 2024, o Minnesota Sea Grant (MNSG) se juntou a Austin e sua equipe para filmar a implantação de duas bóias do R/V Blue Heron. A viagem foi nas águas do Lago Superior perto de Duluth e foi parte do projeto de pesquisa de Austin “Extending and Improving Observational Capacity on Lake Superior’s Minnesota North Shore”.

Apesar do nome, as bóias meteorológicas coletam mais do que apenas dados climáticos. E as bóias de Austin não estão apenas coletando dados acima da superfície da água.

As bóias de Austin ficam cerca de 8 pés acima da superfície da água. Cada bóia é alimentada por uma bateria marinha e um painel solar e cada uma carrega vários sensores. As bóias em si, cada uma composta de uma estrutura de aço sobre um casco de espuma, são encomendadas de um fornecedor de bóias, prontas para Austin e sua equipe fixarem o equipamento necessário.

As bóias de superfície são ancoradas ao leito do lago com cabos de aço, cada um preso a uma roda de vagão de 2.000 libras em cerca de 160 pés de água. Cada bóia recebe um número exclusivo de cinco dígitos atribuído pelo National Data Buoy Center (NDBC), um repositório nacional de dados oceânicos e de grandes lagos. As bóias de Austin são LLO3 (#45027), LLO4 (#45028) e LLO5 (#45219).

O LLO3 flutua nas proximidades da entrada de água para a Estação de Tratamento de Água de Lakewood em Duluth, várias milhas a leste do Rio Lester, enquanto o LLO4 está ancorado a sudeste e mais longe da costa para capturar melhor as condições offshore. Austin e sua equipe são muito cuidadosos para não colocar bóias em rotas de navegação. Isso ajuda a evitar conflitos com os milhões de toneladas de carga que entram e saem do Porto de Duluth-Superior.

Os sensores acima da água medem a temperatura do ar, umidade, velocidade e direção do vento, radiação solar e altura das ondas. Os sensores abaixo da água coletam dados sobre a temperatura da água em profundidades de 3, 5 e 10 metros (10, 16 e 33 pés) abaixo da superfície, e continuam em incrementos de 5 metros (16 pés) até o leito do lago.

Sensores adicionais capturam parâmetros biogeoquímicos, como a fluorescência da clorofila, que podem ser usados ​​para detectar proliferações de algas.

Informações úteis para pescadores e nadadores

Os pescadores estão particularmente interessados ​​em saber a temperatura da água em diferentes profundidades, pois isso afeta onde os diferentes peixes podem ser encontrados, seus níveis de atividade e quão fácil (ou não) é capturá-los.

Sensores de temperatura do subsolo nas bóias permitem que a equipe de pesquisa entenda melhor fenômenos aquáticos como a ressurgência, que é um processo pelo qual os ventos offshore empurram a água da superfície para longe da costa, o que então permite que a água fria do lago suba para a superfície por baixo. A ressurgência pode fazer com que a temperatura da superfície da água do lago caia de 70 graus F, propícios para nadar ou remar, para 50 graus F, que podem ser fatais e causar hipotermia, em apenas uma hora.

A equipe de Austin implantou uma terceira bóia (LLO5 #45219) em julho de 2024 perto de Two Harbors, Minnesota, a pedido do National Weather Service. Esta bóia é uma versão reduzida das bóias LLO3 e LLO4.

As bóias de superfície operam durante os meses sem gelo do ano, geralmente sendo instaladas em meados ou no final da primavera, antes de serem recuperadas pela equipe de Austin em meados ou no final do outono.

“O inverno é uma espécie de Santo Graal”, disse Austin. “Há uma lacuna no conhecimento sazonal.”

A lacuna de conhecimento resulta da impossibilidade de usar bóias acima da superfície durante os meses de inverno, pois elas podem ser danificadas pelo gelo e não há atividade solar suficiente para alimentar os sensores de coleta de dados.

Austin tem uma solução para o inverno

Quando a equipe de Austin recuperar as bóias no outono, eles implantarão uma amarração de inverno com vários sensores de temperatura. Diferentemente das bóias de superfície, a amarração de inverno balança cerca de 10 metros abaixo da superfície da água e pode coletar dados durante o inverno.

Dados das bóias de superfície são transmitidos para o laboratório de Austin na UMD a cada 10 minutos, usando o que é essencialmente um telefone celular em cada bóia. Os dados são verificados quanto à qualidade e então enviados para o National Data Buoy Center, Great Lakes Observing System e postados no site do projeto.

Observações incomuns

Para Austin, que cuida dessas grandes bóias há mais de uma década, os dados mais incomuns foram as temperaturas da superfície do Lago Superior na faixa de 21 graus Celsius. O lago aqueceu um grau por década desde a década de 1980, tornando-se um dos lagos que mais esquentam no mundo.

Graças aos sensores de radiação solar a bordo das bóias, Austin conseguiu observar indiretamente os eclipses solares por meio da observação da queda acentuada na radiação solar.

Temperaturas mais altas da superfície da água podem ser bem-vindas pelos nadadores, mas o aquecimento do Lago Superior pode contribuir para a proliferação de algas verde-azuladas no verão, que os cientistas observaram pela primeira vez no lago em 2012.

Essas florações tendem a ocorrer em anos em que a água está quente, com as maiores florações do Lago Superior ocorrendo em 2012 e 2018, após grandes tempestades.

“À medida que as condições no Lago Superior continuam mudando devido às mudanças climáticas, cepas de cianobactérias tóxicas ou algas verde-azuladas podem se estabelecer no Lago Superior ao longo da costa, perto de destinos populares”, disse Chris Filstrup, limnologista aplicado e diretor do Laboratório Analítico Central do Instituto de Pesquisa de Recursos Naturais da UMD.

Filstrup observou que as cepas dominantes de cianobactérias no Lago Superior não conseguem produzir toxinas com implicações conhecidas para a saúde, mas disse que relatórios recentes de concentrações detectáveis ​​de toxinas no estuário do Rio St. Louis sugerem a possibilidade de florações tóxicas no Lago Superior no futuro.

Então, depois de cuidar de boias por mais de uma década, o que mais entusiasma Austin sobre essa última extensão de projeto? “Continuidade”, ele disse. Cada ano de pesquisa produz uma safra abundante de dados que podem ajudar pesquisadores e gerentes de recursos a entender melhor as mudanças nos Grandes Lagos ao longo do tempo.