I vita sneakers, en cowboyhatt och overaller, Bernie Fowler går in i Marylands Patuxent River varje juni för att se hur djupt han kan gå och fortfarande se topparna på hans skor. Som ung kunde han se fötterna på flodbotten när han stod bröstdjup till nätblå krabbor. Nu på nittiotalet, han vågar sig ut i floden för att bedöma vattnets klarhet. Fowler har samlat denna datapunkt under de senaste 29 åren och räknat, kallar det "sneakerdjup".

Forskare gör exakta mätningar av vattens klarhet från satellitdata, men beräkningarna kan vara komplexa och svåra att förklara för människor utanför disciplinen oceanografi. Nu antar NASA Fowlers sneakeridé för att kommunicera satellitmätningar av vattens klarhet, gör det möjligt att enkelt dela observationerna med intresserade allmänheten, lokala myndigheter eller någon som är intresserad. NASA -forskare kallar denna algoritm för "Fowlers Sneaker Depth" - vattendjupet, i meter, där en person inte längre kan se sina vita skor. Studien publicerades i april 2017 -upplagan av The Optical Society journal Optik Express .

Pensionerad Maryland statssenator Fowler har använt "sneakerdjup" som ett sätt att kommunicera lokala förändringar i vattenklarhet till sina grannar och samhälle. Vattenklarhet är avgörande eftersom solljuset måste kunna nå djupt bortom ytan för att hjälpa undervattensväxter att växa och upprätthålla ett hälsosamt ekosystem. Över hela världen, kustvatten kan bli grumligt på grund av överskott av suspenderade mineralpartiklar (t.ex. eroderad mark) eller onormalt stora mängder växtplankton (mikroskopiska alger). Även om dessa effekter uppstår naturligt, de kan förvärras av mänsklig aktivitet i en vattendelare, som markrensning, Urban utveckling, och utsläpp av underbehandlat avloppsvatten. Dålig klarhet i vattnet kan drastiskt påverka människors hälsa, näringskedjan, och fiskeindustrin.

"När du pratar med människor om flodens kemi med vetenskapliga ord som övergödning, det går in i ett öra och ut i det andra, "sa Fowler." Om du tar på dig vita sneakers och vadar ut i floden tills du inte kan se dina fötter, det ger dig ganska bra förståelse för vad som händer. "Den 11 juni, 2017, Fowler, hans familj, vänner och samhälle kommer att vada in i Patuxent River vid Jefferson Patterson Park och göra sneakerdjupsmätningar för 30:e året i rad.

Forskare som sitter i ett havsekologiskt laboratorium fokuserar på noggrannhet, sa Lachlan McKinna, en oceanograf vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och en av studiens författare. "Men vi behöver ibland bättre sätt att kommunicera med allmänheten."

Ben Crooke, en 17-årig NASA sommarpraktikant, hjälpte till att härleda Fowlers Sneaker Depth som den första författaren till tidningen. Crooke tillbringade en del av sin sommar med att analysera Fowlers data och satellitbilder för att förstå lokala trender när det gäller vattenklarhet.

Crooke och teamet tittade på data från Aqua -satellitens inbyggda instrument, den måttliga upplösningen Imaging Spectroradiometer, eller MODIS. Instrumentet mäter olika ljusfärger, eller våglängder, som reflekteras från material som hänger i vattnet. De tittade specifikt på mängden rött ljus som reflekterades av flytande partiklar och sediment som får vattnet att se grumligt ut.

Teamet utvecklade sedan en matematisk modell för att relatera mängden rött ljus som reflekteras, mätt med MODIS, med sneakerdjupet, som fysiskt mätt av Fowler i Patuxent River, för åren 2002 till 2016.

Den resulterande algoritmen ger ett enkelt sätt att visualisera och kommunicera vattenklarhet till allmänheten. Det ger också satellitobserverade sneakerdjupsmätningar för alla dagar på året som inte hindras av många moln och för hela Patuxent River mynning.

"Vi tittade på hur stor variation det fanns i sneakerdjupet på den ena dagen på året jämfört med varannan dag på året, sa Crooke, som tog examen från Sandy Spring Friends School i Ashton-Sandy Spring, Maryland, och planerar att studera miljövetenskap i höst vid Skidmore College i New York.

Crooke och teamet observerade hur Patuxents vattenkvalitet varierar med säsongen. Vintermånaderna hade det största Fowlers sneakerdjup (dvs. bästa sikt) eftersom flodflödet är minimalt, betyder mindre inkommande sediment, och miljöförhållandena är mindre gynnsamma för växtplanktontillväxt. Senvåren och försommaren tenderade att ha det lägsta sneakerdjupet (dvs. lägsta sikt) eftersom mer växtplankton och sediment finns.

Studien visade också potentiella källor som påverkar Patuxent -flodens vattenklarhet. Under de senaste åren har förbättrad vattendelningshantering har minskat effekterna av markanvändningsaktiviteter som kan förorena floden, som markrensning, avloppsrening, lantbruk, och stadsutveckling. Ändå fortsätter sommarens växtplanktonblommor fortfarande i nedre Patuxentflodmynningen, tyder på att näringsämnena som främjar blomning kommer ut i floden från Chesapeake Bay - en idé som tidigare studier har föreslagit.

Även om sneakerdjupet huvudsakligen var utformat som ett kommunikationsverktyg för allmänheten, NASA -teamet rabatterar inte dess användning för vetenskap. Konceptet för sneakerdjup liknar faktiskt Secchi -skivdjupsmätningen som görs varje månad av Chesapeake Bay -programmet. Inom oceanografi, forskare sänker en slätt, vit skiva en fot i diameter - kallad Secchi -skiva - i vattnet på ett rep och registrera på vilket djup den försvinner ur sikte. Dessa mätningar är användbara för marinforskare som vill veta vilket djup ljuset når för att förstå hur växtplankton och annan undervattensvegetation växer.

"Fowlers Sneaker Depth kommer in som ett mått för att titta på långsiktiga vattentydlighetstrender för vetenskapligt meningsfulla resultat och kommunicera dem till allmänheten, "sa Ivona Cetinic, en oceanograf med Universitets rymdforskningsförening vid NASA Goddard och en av studiens författare. Cetinic och teamet behöver fortfarande göra några förbättringar. För en, de kan ställa in maxgränsen för sneakerdjupet som Fowlers höjd - ett sätt att behålla sammanhanget för numret och hedra Fowlers engagemang och arbete på Chesapeake Bay. Andra, laget skulle välkomna fler datapunkter från samhället för att förfina algoritmen.

"Om du har ett par gamla vita sneakers och sätter dem på fötterna eller ett snöre och gör några mått, som kan hjälpa oss att bygga en datamängd och finjustera algoritmen, sa McKinna.