När vattennivåerna i Great Lakes stiger till rekordhöjder, fjärrövervakning av strömmar och vågor växer i betydelse.

Strömmarna i Mackinacsundet är kända för sin volatilitet; de har i årtusenden skjutit björkbarkanoterna hos indianer och resande ut ur kurs och tvingat sjöfraktfartyg på grund.

Strömmarna är också en del av det komplexa sjösystemet som förbinder Lake Michigan med Lake Huron. Att övervaka strömmar och vågor i sundet – och i hela de stora sjöarna – är av stort intresse för forskare, kommunchefer, sjöfartsnäringen, miljöpartister och statliga myndigheter.

I slutet av maj, Lorelle Meadows, dekanus vid Pavlis Honors College vid Michigan Technological University och oceanograf genom utbildning, och Guy Meadows, chef för Great Lakes Research Center, genomförde det första testet av ett högfrekvent radarsystem speciellt inställt för användning i de stora sjöarna.

Great Lakes Geometry

Högfrekvent radar är ett landbaserat fjärranalyssystem som används för att mäta strömmar till havs genom att sända en elektromagnetisk puls med låg effekt över vattnet. Den elektromagnetiska vågen interagerar med marina ytvågor, som sprider radarsignalen. Genom att mäta den magnetiska pulsen studsar från marina vågor tillbaka till radartornet, forskare kan kartlägga hastigheten och riktningen för de underliggande strömmarna.

Högfrekvent radar har inte implementerats som ett rutinverktyg för att mäta strömmar i de stora sjöarna eftersom, i jämförelse med saltvatten, de elektromagnetiska pulserna färdas kortare sträckor. Högfrekvent radar är effektiv i sötvatten på kortare avstånd – sex till åtta kilometer – och det finns många platser i de stora sjöarna där kustlinjerna smalnar av, ge den nödvändiga geometrin för att göra högfrekvent radar effektiv.

"Mycket av infrastrukturen i de stora sjöarna som ger oss drickbart vatten finns inom några mil från kusten, " Lorelle Meadows sa. "Ett system som detta kan vara värdefullt på olika strategiska platser. Jag kunde föreställa mig det i södra Huronsjön nära Port Huron och Sarnia, vid Detroit River eller Chicago -vattnet - var som helst du vill ha insikt i hur strömmarna rör sig. "

Laget, med finansiering från Great Lakes Observing System (GLOS), tillfälligt installerade två 14-fots CODAR SeaSonde högfrekventa radartorn, en på var sida om sundet strax väster om Mackinac-bron. På grund av dess stora storlek, det fanns risk för att bron skulle störa radarsignalen; fältprovning i maj visade att bron inte öppet störde, ett stort steg för att föra radarprojektets livskraft framåt.

Till skillnad från bojar, som ger enpunktsmätningar, högfrekventa radartorn använder breda strålar, som skär över vattenytan för att skapa kartor över ett helt område.

"Varje station individuellt kan bara berätta vilken hastighet en ström strömmar mot eller bort från den, " Lorelle Meadows sa. "Ett individuellt torn tillhandahåller bara den radiella komponenten av strömmen. Men genom att kombinera de två stationerna tillsammans uppnår vi hela vektorn. "

Även om det inte är avsett att ersätta bojar, radartornen ger ytterligare data för att få bättre förståelse för komplexa sjösystem.

"Förhoppningen är att producera vektorkartor varje halvtimme, "Guy Meadows sa." Straits West -bojen rapporterar förhållanden vid en enda punkt var tionde minut. Detta system har förmågan att skapa en ny vektorkarta över strömmar var 30:e minut, varje dag."

Nästa steg

Vektorkartor kan användas av många olika intressen:ge varningar till fartyg om strömmar som kan tvinga dem på grund eller ur kurs, ge viktig information till sök- och räddningsoperationer, spåra en fara som spills ut i vattnet, eller övervaka skadliga algblomningar så att kommunala vattenintag kan stängas av vid behov.

Efter pilottestet, forskarna bearbetar data och kommer att ansöka om permanent GLOS-finansiering för radartornen, vilket kommer att operationalisera denna förmåga för sundet och även tillåta dem att utforska ytterligare användningar av tekniken i sötvatten.

"Våra havskuster är instrumenterade med dessa torn, " sa Lorelle Meadows. "Detta är vår möjlighet för de stora sjöarnas kust att vara."