Alto - El lago de los cisnes Co., Ltd de Shijiazhuang

Scientific Data volumen 9, Número de artículo: 642 (2022) Citar este artículo

1532 Accesos

1 Citas

4 Altmetric

Detalles de métricas

HRBS-GLWNB 2020 presenta los primeros datos de batimetría, línea de costa y nivel de agua de código abierto y alta resolución para los lagos Victoria, Albert, Edward y George en África Oriental. Para cada lago, estos datos tienen tres productos principales recopilados para este proyecto. Los conjuntos de datos batimétricos se crearon a partir de aproximadamente 18 millones de sondeos acústicos. Más de 8.200 km de costas se delinean a lo largo de los tres lagos a partir de sistemas satelitales de alta resolución y vehículos aéreos no tripulados. Finalmente, estos datos se unen mediante la creación de modelos de elevación de la superficie del lago recopilados a partir de medidas de GPS y altímetro. El depósito de datos incluye productos derivados adicionales, que incluyen áreas de superficie, volúmenes de agua, longitudes de la línea de costa, niveles de elevación del lago e información geodésica. Estos datos se pueden utilizar para tomar decisiones de asignación con respecto a los recursos de agua dulce dentro de África, administrar los recursos alimentarios de los que dependen muchas decenas de millones de personas y ayudar a preservar la biodiversidad endémica de la región. Finalmente, dado que estos datos están vinculados a modelos geodésicos globalmente consistentes, pueden usarse en futuros modelos de cambio climático global y regional.

Mediciones)

batimetría • costas

Tipos de tecnología

ecosondeos • teledetección

Muestra Característica - Ambiente

lecho del lago • orilla del lago

Muestra Característica - Ubicación

África • África Oriental • Uganda • • Tanzania • República Democrática del Congo • Lago Victoria • Lago Edward • Lago Albert • Lago George

Los lagos Victoria, Albert, Edward y George se encuentran en Uganda, Tanzania, Kenia y la República Democrática del Congo (RDC) (Fig. 1). Todos los lagos, excepto Victoria, se encuentran en una falla continental activa y en una zona de ruptura dentro del Sistema de ruptura de África Oriental1. Los lagos Albert, Edward y George están ubicados dentro de un medio graben, que se distingue por fallas de grietas normales. El lago Victoria, sin embargo, se encuentra en una depresión localizada en un área relativamente baja entre los hombros elevados de la grieta de las ramas oriental y occidental del Sistema 1 de grietas de África Oriental.

Área de estudio. Las áreas de estudio combinadas en todos los lagos.

Estos lagos constituyen las principales entradas de agua dulce del Nilo Blanco y contienen gran parte de las reservas de agua dulce de África Oriental. Intentos de gestionar mejor los recursos de agua dulce en las regiones áridas del este y noreste de África; intentos de gestionar pesquerías de importancia regional en África Oriental; intentos de preservar las especies endémicas nativas de agua dulce de África Oriental; así como los intentos de construir modelos climáticos regionales mejorados se ven obstaculizados por información detallada inadecuada sobre los recursos hídricos y las características de estos lagos. Los datos geoespaciales actuales carecen de la fidelidad espacial y temporal para ser incorporados en modelos globales y regionales y ayudar en la toma de decisiones. Los lagos Albert, Edward y George carecen de datos coherentes de todo el lago, mientras que el lago Victoria tiene datos limitados, pero gran parte de ellos son de hace casi un siglo.

Desde una perspectiva hidrológica, los Grandes Lagos del Nilo descargan un promedio de 47 km2 de agua dulce al año en el Nilo Blanco2 en el extremo norte del lago Alberto (Fig. 1). Las entradas de agua dulce de los Grandes Lagos del Nilo proporcionan entradas de agua constantes al sistema del Nilo, a diferencia de las entradas de agua dulce más grandes pero estacionales del Nilo Azul. El agua dulce que fluye de estos lagos proporciona gran parte del agua necesaria para sustentar la agricultura durante todo el año en el norte de Uganda, Sudán del Sur, Sudán y Egipto. A pesar de los numerosos acuerdos internacionales, el sistema del río Nilo sigue siendo una fuente de posibles conflictos internacionales por el agua en numerosas naciones3. Los datos en este depósito agregan información importante sobre estos lagos críticos y sus capacidades de agua en la fuente del Nilo.

Cada uno de los cuatro lagos tiene una pesca local próspera de la que dependen millones de residentes. A partir de 2019, las capturas anuales del lago Albert y el lago Edward se estiman en 31 384,8 t y 32 092,8 t, respectivamente4, y casi todos los residentes de la costa dependen de esta pesquería sobrecargada para su sustento5. Lake George tiene una importante pesquería local con ocho sitios de desembarque en todo el lago y el canal Kazinga adjunto. Al otro lado del lago Victoria, una industria acuícola de Oreochromis niloticus está explotando6 junto con las bien establecidas pesquerías silvestres de Oreochromis niloticus, Lates nilotics y Rastrineobola argentea. En 2014, la producción total de todas las pesquerías en el lago Victoria se estimó en USD 650 millones7, incluso en un período de disminución de las poblaciones8. De hecho, el lago Victoria es probablemente la pesquería de agua dulce más importante de África9. Los datos en este depósito agregan información muy necesaria para ayudar a administrar estas pesquerías críticas.

Desde una perspectiva de biodiversidad, se estima que el 78,2 por ciento de los peces de agua dulce son endémicos dentro de la cuenca del lago Victoria. Es probable que este porcentaje endémico sea mayor si se incluyen los cíclidos haplocromínicos endémicos no descritos10. Desafortunadamente, estas haplocrominas endémicas han sufrido descensos catastróficos en los últimos 70 años11,12,13, lo que ha provocado una extinción masiva dentro del lago. En 1991, se estimó que dos tercios de los haplocromos endémicos del lago Victoria estaban extintos o amenazados de extinción14, de un estimado de quinientas o más especies endémicas que alguna vez estuvieron presentes13. Sin embargo, las regiones de aguas profundas del lago, donde es probable que residan las restantes especies de haplocromos en peligro de extinción, están mal delimitadas y carecen de datos batimétricos granulares del tipo proporcionado en este depósito.

Durante 2017 y 2020, emprendimos un proyecto para mapear las líneas costeras, la batimetría, los sedimentos y otros datos asociados de los lagos Victoria, Albert, Edward y el lago George (Fig. 1). Además, se realizaron estudios hidroacústicos, delineaciones de la costa, medidas del nivel del agua y estudios geodésicos en los cuatro lagos. La motivación detrás de este esfuerzo de recopilación de datos fue proporcionar información para ayudar a preservar la biodiversidad nativa de los lagos y apoyar la pesca sostenible.

El censo del lago Albert se realizó en febrero de 2020. Los censos del lago Edward y el lago George se realizaron en agosto de 2020. Los censos del lago Victoria se realizaron entre septiembre y noviembre de 2017, 2018, 2019 y 2020. Suponemos que no hay El cambio morfológico ocurrió en el lago Victoria a lo largo de estos 4 años. Todos los períodos de recolección corresponden al final de una estación seca tradicional y al período de transición hacia el comienzo de una estación húmeda tradicional. Los niveles de agua fueron monitoreados durante el período de estudio de cada lago. Se instalaron puntos de referencia durante cada estudio de los lagos, aparte del lago Victoria, donde existía un clavo de referencia existente. Se volaron sistemas aéreos no tripulados (UAS) durante el estudio del lago Albert para evaluar nuestra metodología de delineación de la costa.

El lago Victoria utiliza altimetría espacial para determinar la elevación de su lago. Los lagos Albert, Edward y George no tienen una medida sistemática de altímetro espacial de alta precisión de las elevaciones del lago. Por lo tanto, las elevaciones de los lagos Albert, Edward y George se derivan de análisis estadísticos de los niveles de agua observados.

Para el lago Albert, el lago Edward y el lago George, las observaciones visuales del nivel del agua (WL) tomadas a lo largo del estudio se promedian para obtener la elevación del lago (LE), también conocida como el dato de sondeo del proyecto (SDp). El método para determinar SDp es observar el WL en una tabla graduada, a menudo llamada tabla de mareas o escala de medición (G), firmemente sujeta a un pilote u otra estructura vertical sólida que se extiende por debajo de la superficie del lago. Luego, las graduaciones se marcan en relación con el cero del indicador (G0). El WL se lee como la distancia por encima o por debajo de G0 donde la superficie del agua se cruza con el indicador.

Se instaló o se puso en funcionamiento un punto de referencia fijo resistente a manipulaciones (Bm) en cada lago dentro de la distancia de nivelación óptica de cada indicador para lograr la conversión de los niveles de agua locales a alturas elipsoidales y elevaciones EGM 2008. Primero, se midió la posición horizontal y vertical de cada Bm usando el

Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS). Luego, la distancia vertical entre la elevación del punto de referencia (BmE) y G0 se mide utilizando métodos topográficos estándar ópticos o basados en láser. Esta distancia es el desplazamiento de calibre vertical (VGO).

La metodología de elevación de los lagos se resume en la Fig. 2 y se define en la ecuación. 1. En este punto, SDp para los lagos Albert, Edward y George es simplemente una altura elipsoidal; la altura elipsoidal se convierte a EGM:2008 usando síntesis armónica en la ubicación de coordenadas horizontales de cada Bm15,16.

Elevación del lago (SDp). Este diagrama representa la relación entre los diversos parámetros de elevación del lago medidos directamente (en texto negro), obtenidos de instrumentos (en texto azul) o calculados (texto rojo).

ecuación 1 - Datums de sondeo del lago Albert, el lago Edward y el lago George

SDp es la elevación del lago o el dato de sondeo del proyecto, Bm es la elevación de referencia del GPS RTK, VGO es la desviación del indicador vertical derivada del uso de un nivel óptico y WL es el nivel del agua obtenido a partir de la lectura del indicador.

A diferencia del lago Albert, el lago Edward y el lago George, debido al tamaño del lago Victoria, con un diámetro máximo que supera los 375 km, los efectos hidrodinámicos podrían negar fácilmente la suposición hidrostática de que la superficie del lago está uniformemente nivelada. En el lago Victoria, la configuración del viento, el seiching y la salida significativa hacia el Nilo Victoria darían como resultado gradientes hidráulicos que harían que cualquier indicador de nivel de agua cercano a la costa no fuera representativo de los niveles del lago en puntos distantes del indicador. Para establecer un SDp significativo para el lago Victoria usando medidores de nivel de agua cerca de la costa, se necesitaría establecer y operar simultáneamente por períodos prolongados al menos tres estaciones distribuidas equiláteramente alrededor del perímetro del lago. Sin embargo, este enfoque se consideró inviable principalmente debido a limitaciones logísticas y de costos. Por ejemplo, la creación de una red simultánea de medidores en varios países requeriría al menos tres veces el equipo, el triple de mano de obra y el triple de capacitación.

El enfoque alternativo utiliza los datos del altímetro espacial Jason-3. Este método se ha utilizado en el lago Victoria y cuenta con el apoyo del programa USDA G-REALM17. Jason-3 es un altímetro de radar lanzado en enero de 2017. El objetivo principal de Jason-3 es proporcionar variaciones del nivel del mar con precisiones inferiores a 2,5 cm en un ciclo de repetición de 10 días18. A medida que Jason-3 pasa sobre el lago Victoria, puede establecer elevaciones EGM 2008 para el lago a partir de numerosas medidas hacia el centro del lago. Jason-3 pasa sobre 150 km del lago Victoria. La ruta de recolección se extiende aproximadamente desde Nyabansari en Tanzania hasta Bugaia en Uganda. Como el instrumento está basado en un radar, las condiciones climáticas rara vez limitan la recopilación de datos. Los datos de altímetro sin procesar recopilados por Jason-3 se someten a numerosas correcciones antes de que se determine la elevación de la superficie del lago, incluida una corrección troposférica seca, una corrección troposférica húmeda, una corrección de ionosfera y un ajuste de sesgo específico del instrumento19. Las observaciones de elevación del lago se obtuvieron de Jason-3 durante las encuestas del lago Victoria en 2017, 2018, 2019 y 2020. El promedio de las lecturas de Jason-3 de 2020, que en sí mismo es un promedio de muchos cientos de observaciones, define el SDp para el Encuestas del lago Victoria.

Un punto de referencia del lago Victoria todavía se examina en un indicador de nivel de agua para permitir la integración de datos pasados y futuros, y los puntos de referencia están vinculados a las medidas de altímetro utilizadas. En este punto, SDp para el lago Victoria ya está en EGM: 2008 ya que Jason-3 usa EGM: 2008 en lugar de elevaciones elipsoidales, por lo que no se requiere síntesis armónica como lo es para los otros lagos.

Se instalaron puntos de referencia para el lago Albert (BmA), el lago Edward (BmEd) y el lago George (BmG) a lo largo de cada una de las costas de los tres lagos. Cada punto de referencia está situado a unos pocos metros y en la línea de visión de un indicador de nivel de agua. Se utilizó un clavo de referencia preexistente (BmV) ubicado sobre el indicador para el lago Victoria. Aparte del lago Victoria, cada punto de referencia instalado es un disco de latón de 8 cm de diámetro estampado con LEAF II. Cada punto de referencia instalado se ancló aproximadamente 15 cm en una plataforma de concreto más grande usando una barra de refuerzo de acero torcido. La ubicación de cada punto de referencia se obtuvo utilizando un promedio GNSS a largo plazo, capturado por un receptor Hemisphere GNSS con correcciones de área amplia del sistema de aumento basado en satélite Atlas aplicadas. Se descartaron las observaciones sin señal correctora. La elevación elipsoidal, registrada al nivel milimétrico, también fue capturada por el receptor GPS. La conversión de elevaciones de elipsoides de referencia a EGM 2008 WGS 1984 Version utilizó los coeficientes de síntesis armónica proporcionados por el Equipo de desarrollo de EGM de la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA) de EE. UU.15,16.

BmA se instaló el 31/1/2020 dentro del complejo marino UPDF Marine en Mbegu, aproximadamente a 6,5 km al este-noreste de Kaiso, Uganda, en el lado este del lago Albert. A lo largo de siete días entre el 1/2/2020 y el 20/2/2020, un receptor GNSS con promediado incorporado registró la ubicación horizontal del punto de referencia. La unidad de GPS promedió ubicaciones horizontales en el punto de referencia hasta que alcanzó un 95 por ciento de confianza. Además, se recolectó la altura elipsoidal en la superficie del lago Albert durante el período de la encuesta y se ajustó a la elevación de referencia utilizando la desviación del indicador vertical y las lecturas del nivel del agua. El número total de observaciones verticales es de 35.550.

BmEd se instaló el 13/02/2020 en el sitio de desembarque de pescado en Katwe Village, Uganda, en el extremo norte del lago Edward. En partes del 5/8/2020, 10/8/2020, 13/8/2020 y 15/8/2020, se registró una ubicación GPS X, Y y Z cada 5 segundos, con un total de 11 242 observaciones.

BmG se instaló el 11/08/2020 en el lugar de aterrizaje en Kahendero, Uganda, en el lado occidental del lago George. El 13/08/2020, se registró una ubicación GPS X, Y y Z cada 5 segundos, con un total de 2663 observaciones. Desafortunadamente, BmG no tiene una vista completa del cielo de 360° sin obstrucciones y puede requerir más refinamiento.

Un clavo de referencia preexistente (BmV) en el muelle del ferrocarril en Jinja, Uganda, se utiliza para el lago Victoria. El clavo está ubicado directamente sobre el indicador de nivel de agua y está marcado con una pintura blanca X. En partes del 22/03/2021 y 23/03/2021, se registró una ubicación GPS X, Y y Z cada 5 segundos, con un total 6.842 observaciones. Aún así, como se señaló anteriormente, los datos de altimetría se utilizaron para el SDp real.

Dentro de unos pocos metros de cada punto de referencia, se instaló o ya existía un medidor de nivel de agua. Para el lago Victoria (GV), el lago Albert (GA) y el lago Edward (GE), se utilizaron medidores preexistentes. En Lake George (GG), se estableció un ancho de vía temporal durante la duración de las operaciones de campo.

GA es un indicador de personal de origen desconocido. El bastón es un simple tubo cuadrado de hierro pintado a intervalos decímetros subdivididos en escalones de 5 cm. La subdivisión de 100 cm en la parte superior del indicador se midió en relación con el BmA (Fig. 2, YBG) utilizando un nivel óptico el 31/1/2020. Entre el 1/2/2020 y el 20/2/2020, se recopilaron doce observaciones del nivel del lago. El nivel del agua solo varió 6 cm a lo largo de todo el sondeo. El promedio de las 12 lecturas diarias se utilizó para ayudar a definir el SDp para el estudio batimétrico del lago Albert.

GE es un medidor a largo plazo instalado por el Ministerio de Agua de Uganda. El indicador es un indicador escalonado que consta de tres pilares de hormigón separados de altura creciente con tiras de medición graduadas unidas al nivel de centímetros. El nivel de agua en el indicador, en relación con el BmEd, se midió con un nivel óptico el 10/8/2020. Las observaciones del nivel del lago dos veces al día continuaron durante la operación de inspección de 11 días entre el 5/8/2020 y el 22/8/2020. El nivel del agua solo varió 3 cm a lo largo de todo el sondeo. El promedio de las 11 lecturas diarias se utilizó para ayudar a definir el SDp para el estudio batimétrico del lago Edward.

GG es un indicador temporal instalado durante las operaciones de campo. El calibrador es un calibrador simple de madera con intervalos centimétricos pintados anclado a un tubo de acero galvanizado hincado entre 1 m y 2 m en el sustrato. El nivel de agua en el indicador, en relación con el BmG, se midió con un nivel óptico el 12/8/2020. Se recopilaron observaciones del nivel del lago una vez al día durante los dos días del levantamiento hidrográfico y el día anterior y posterior al levantamiento. El agua se mantuvo estable durante todo el sondeo. Las dos lecturas diarias promedio se usaron para definir el SDp para el estudio batimétrico del lago George.

GV es un medidor a largo plazo instalado por el Ministerio de Agua de Uganda. El indicador tiene marcadores de medición graduados en el nivel de dos centímetros. El nivel cero en el indicador, en relación con el BmV, se midió el 22/03/2021 y el 23/03/2021. Como BmV y GV están en las mismas coordenadas horizontales, no se requiere nivelación. Las observaciones del nivel del agua no se utilizaron con este medidor durante el estudio, ya que se utilizó el altímetro Jason-3 para establecer el nivel de elevación del lago Victoria. En su lugar, se utilizan las cuatro medidas de Jason-3 más cercanas a lo largo de las fechas de la encuesta para calcular el nivel del agua. El nivel del agua varió 4 cm en el censo batimétrico de 2017, 9 cm en el censo de 2018, 5 cm en el censo de 2019 y 13 cm en el censo de 2020. El nivel de agua de 2020 se utiliza como SDp para permitir una consistencia temporal lo más cercana posible en todos los lagos de la base de datos.

La Tabla 1 proporciona el SDp de cada lago en los modelos gravitacionales más comunes y todos los parámetros de entrada para los modelos de elevación del lago. El SDp para el lago Edward es 915,77 m (EGM08), el E/SDp para el lago George es 915,74 m (EGM08), el SDp para el lago Albert es 622,18 m (EGM08) y el SDp para el lago Victoria es 1136,92 m (EGM08) ). Las medidas de incertidumbre se proporcionan en la validación técnica.

El estudio hidroacústico del lago Albert se realizó durante 14 días entre el 1 y el 20 de febrero de 2020. El estudio hidroacústico del lago Edward se realizó durante 10 días entre el 4 y el 22 de agosto de 2020. El 13 de agosto de 2020 y el 14 de agosto de 2020, se realizó el estudio hidroacústico del lago George durante un receso del estudio del lago Edward. El levantamiento hidroacústico del lago Victoria se realizó diariamente entre el 8 de septiembre de 2017 y el 7 de octubre de 2017, el 10 de septiembre de 2018 y el 9 de octubre de 2018, el 15 de septiembre de 2019 y el 13 de octubre de 2019, y finalmente entre el 20 de octubre de 2020 y el 25 de noviembre de 2020. Los sondeos del lago Victoria de 2017, 2018 y 2019 se corrigieron verticalmente para alinearse con los niveles de agua de 2020. El año anterior se ajustó en 1,28 m (0,03 m, 95 CI), 0,975 m (0,06, 95 CI) y 1,025 m (0,05 m, 95 CI), respectivamente.

Los diseños de transectos de prospección hidroacústica se basaron en la topografía local, la batimetría disponible y consideraciones de costos. Tanto el lago Albert como el lago Edward tenían patrones de relieve dominantes que iban desde las tierras altas congoleñas en el oeste hasta la meseta de Uganda en el este, formando una profunda forma de U perpendicular a Albertine Rift. Los transectos topográficos se diseñaron para seguir este eje de alto relieve a través del Albertine Rift. El lago George y el lago Victoria no tienen patrones de relieve perceptibles, ya que ambos son cuencos relativamente poco profundos situados en planos planos. Por lo tanto, los diseños de la encuesta se optimizaron para capturar una porción adecuada de estos dos lagos y minimizar el costo.

A través del lago Albert, el lago Edward y el lago George, se desplegó un buque de investigación de poco calado y fondo en V de 9 m con una tripulación ugandesa en Jinja, Uganda. La ecosonda utilizada para recopilar los sondeos era una sonda de doble frecuencia con un registrador de datos incorporado, un receptor GNSS externo y un transductor combinado de baja frecuencia (33 kHz) y alta frecuencia (200 kHz). Ambas frecuencias estaban operativas y se registraron durante el estudio, pero solo se procesó la señal de alta frecuencia para producir los sondeos de Lake Albert y Lake George. Más del 90 por ciento del lago Edward también usó la sonda de alta frecuencia, pero el instrumento se cambió a baja frecuencia en áreas de más de 90 m de profundidad. Se hizo un ajuste de la velocidad del sonido basado en el muestreo de agua que ocurrió en promedio dos veces en cada transecto. La calibración se realizó antes del despliegue inicial.

Para Lake Albert, Lake Edward y Lake George, se utilizó el software Hydromagic 9.1 para registrar y procesar los sondeos acústicos en formatos tabulares X, Y y Z. El ecograma de la ecosonda se envió en tiempo real a una computadora portátil. Una batería dedicada de 12 voltios, mantenida por un panel solar de 60 vatios montado en la parte superior de la cabina, alimentaba todo el equipo. Las posiciones se obtuvieron mediante una antena GNSS multifrecuencia conectada a la ecosonda. El transductor se montó en un poste de extensión de aluminio que sostenía la antena GNSS directamente sobre el transductor. La antena recibió señales de corrección del sistema de aumento basado en satélite (SBAS) de banda L de Atlas que permiten un posicionamiento preciso.

Los sondeos del lago Victoria fueron recopilados por el arrastrero de popa RV Lake Victoria Explorer por miembros del Grupo de Trabajo Regional de Hidroacústica de la Organización Pesquera del Lago Victoria. Este grupo tiene su sede en Jinja, Uganda, Kisumu en Kenia y Mwanza en Tanzania. Este grupo ha realizado veintitrés estudios acústicos del lago Victoria desde 1999 bajo un protocolo establecido20. El RV Explorer es un buque de investigación de 17 my un casco en forma de V con un calado de 1,8 m. La ecosonda utilizada en el RV Explorer es un sistema de doble frecuencia que funciona a 70 kHz y 120 kHz, respectivamente. Los transductores están montados en una quilla de instrumentos que sobresale debajo de la embarcación y reciben energía del sistema eléctrico de la embarcación. La calibración se realizó inmediatamente antes de cada inspección diaria. El registrador de GPS utilizado en este sistema no tiene corrección diferencial.

Para el lago Victoria, se utilizó el software Echoview 8.0 para registrar y procesar los sondeos en formatos tabulares X, Y y Z. Después de que se eliminó el ruido de la señal sin procesar y se realizaron ajustes para corregir el ángulo del haz, se obtuvieron los sondeos iniciales del lecho del lago utilizando el algoritmo del mejor candidato de fondo21. Se utilizó una sonda CTD en cada sitio de calibración para determinar las condiciones ambientales locales. La temperatura promedio del agua en el sitio de calibración se ingresó al sistema para predecir la velocidad del sonido. El protocolo de calibración de la prospección del lago Victoria se detalla en los Procedimientos operativos estándar para prospecciones hidroacústicas en el lago Victoria20.

En todos los lagos, un ingeniero costero certificado o una persona con experiencia relevante procesó los ecogramas de la ecosonda. El proceso consiste esencialmente en detectar el fondo promedio en el ecograma y digitalizar a través de pequeños picos y hoyos causados por el movimiento del barco. Se necesita una interpretación estrecha en los días de calma, y la extracción automática de los fondos del lago a menudo es suficiente. En días con aguas turbulentas, se requiere la digitalización manual de la traza. A veces, la señal puede reflejarse en cualquier cosa que se encuentre en su camino hacia el fondo, incluidos sedimentos en suspensión, escombros, animales, vegetación subacuática, limo, lodo o una capa compactada más dura debajo de una capa superficial más blanda. El proceso de digitalización elimina dichas anomalías y suaviza las pérdidas y otros ruidos. Finalmente, la traza digitalizada se exporta a sondeos tabulares para su uso en GIS y otro software. La figura 3 representa los sondeos en todos los lagos.

Proyecto Sondeos. Todos los sondeos en todos los lagos.

Para Lake Albert, Lake Edward y Lake George, los datos tabulares y espaciales de salida contienen; la fecha del sondeo, la posición horizontal del sondeo y la profundidad corregida utilizando un ajuste de la velocidad del sonido verificado localmente para sondeos de alta y baja frecuencia cuando corresponda, la velocidad del barco en el momento del sondeo, el barco rumbo en el momento del sondeo, y un campo que indica si el GNSS estaba funcionando en modo corregido o no corregido para cada sondeo. Para el lago Victoria, los datos espaciales y tabulares de salida contienen la fecha del sondeo, la hora del sondeo, la posición horizontal del sondeo, la profundidad corregida usando un ajuste de la velocidad del sonido verificado localmente y un campo que indica si el GNSS fue operando en modo no corregido o corregido para cada sondeo. La profundidad cero corresponde al LE /SDp para cada lago como ya se definió.

Al otro lado del lago Albert, se recolectaron 290 018 sondeos (Tabla 2), lo que resultó en 53 sondeos por kilómetro cuadrado. Al otro lado del lago Edward, se recolectaron 225,528 sondeos (Tabla 2), lo que resultó en 101 sondeos por kilómetro cuadrado. Al otro lado del lago George, se recolectaron 59,281 sondeos (Tabla 2), lo que resultó en una densidad de 211 sondeos por kilómetro cuadrado. Finalmente, a lo largo del lago Victoria, se recolectaron 17 958 859 sondeos (Tabla 2), lo que resultó en una densidad de 269 sondeos por kilómetro cuadrado. El volumen de agua y la profundidad media se calculan utilizando la triangulación de Delaney restringida, mientras que la profundidad máxima es el sondeo de recolección más profundo. La información resumida para la batimetría de cada lago se muestra en la Tabla 2 y se compara con los valores de la base de datos mundial de lagos (WLD)22 a menos que se indique lo contrario.

Para cada uno de los lagos, construimos líneas costeras de alta resolución a partir de imágenes espaciales en una combinación de 15 m, 10 m, 5 m, 3 m, 50 cm y 30 cm. Las estadísticas de precisión se generaron utilizando imágenes derivadas de UAS a 10 cm.

Sentinel-2 está diseñado para mapear y monitorear la cobertura de agua, vías navegables interiores y áreas costeras24. Las imágenes espaciales de referencia que se utilizan para delinear las costas del lago Albert, el lago Edward y el lago George son Sentinel-2. Sentinel-2 es un sistema de imagen multiespectral de alta resolución (HR) de la Agencia Espacial Europea (ESA) que consta de dos satélites que vuelan en la misma órbita pero en fase de 180°23. El sistema lleva una carga útil de instrumento óptico que muestrea trece bandas espectrales: cuatro bandas con una resolución de 10 m, seis bandas con una resolución de 20 m y tres bandas con una resolución de 60 m25. Las cuatro bandas con una resolución de 10 m están centradas en las longitudes de onda de 0,490 µm, 0,56 µm, 0,665 µm y 0,842 µm, respectivamente. Estas longitudes de onda corresponden a las porciones azul, verde, roja y del infrarrojo cercano del espectro electromagnético. Estas propiedades espectrales de Sentinel-2 permiten compuestos de color y compuestos de color falso de cada uno de los lagos con una resolución de 10 m. Además, como la señal radiométrica en la banda del infrarrojo cercano es absorbida casi por completo por el agua abierta, puede ayudar a delinear un límite entre el agua y la tierra.

Los gránulos de datos de Sentinel-2 utilizados para delimitar la costa del lago Albert son:

S2B_MSIL1C_20190403T080609_N0207_R078_T36NUH_20190403T110906, S2B_MSIL1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NTG_20190503T112849, S2B_MSIL 1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NTH_20190503T112849, S2B_MSIL1C_20190503T080619_N0207_R078_T36NUG_20190503T112849

Los gránulos de datos de Sentinel-2 utilizados para delinear la costa del lago Edward son:

MSIL1C_20170702T081009_N0205_R078_T35MRV_20170702T082404, MSIL1C_20170821T080959_N0205_R078_T35MQV_20170821T082855

El gránulo de datos Sentinel-2 utilizado para delinear la costa del lago George es:

S2B_MSIL1C_20191229T081239_N0208_R078_T35NRA_20191229T100818

Las imágenes espaciales de referencia utilizadas para delinear la costa del lago Victoria son Landsat-8. Landsat-8 es un sistema de imágenes multiespectrales de alta resolución (HR) de USGS/NASA. Landsat-8 utiliza un generador de imágenes terrestres operativo y un sensor infrarrojo térmico de barrido para recopilar datos con una resolución espacial de 30 metros en las regiones visibles e infrarrojas cercanas del espectro electromagnético. Las bandas relevantes a una resolución de 30 m son la banda azul ubicada entre 0,45 µm y 0,51 µm, la banda verde ubicada entre 0,53 µm y 0,58 µm, la banda roja ubicada entre 0,64 µm y 0,67 µm y la banda del infrarrojo cercano ubicada entre 0,85 micras a 0,88 micras. Como la banda infrarroja es absorbida casi por completo por el agua abierta, puede ayudar a delinear un límite de borde terrestre-agua. Además, una banda pancromática de 15 m está ubicada entre 0,64 µm y 0,67 µm y se utiliza para agudizar las bandas de 30 m para permitir la digitalización de características a una resolución de 15 m. Estas propiedades espectrales de Landsat-8 permiten compuestos de color y compuestos de infrarrojos de color del lago Victoria con una resolución de 15 m cuando se aplica una nitidez panorámica.

Los datos de Landsat se enumeran a continuación.

LC81700602020049LGN00, LC81700602021003LGN00, LC81700612020001LGN00, LC81700612020049LGN00, LC81700622020017LGN00, LC81700622020049L GN00. LC81710602020040LGN00, LC81710602021026LGN00, LC81710612020040LGN00, LC81710622020040LGN00, LC81720602020047LGN00

En áreas vegetativas altamente dinámicas donde Sentinel-2 o Landsat-8 no pueden delinear una línea costera clara, se obtuvieron y utilizaron imágenes de muy alta resolución (VHR) (Tabla 3). Por ejemplo, el humedal del sur del lago Albert, tanto en la República Democrática del Congo como en Uganda, utiliza imágenes de Worldview 2 (WV2) de 50 cm y de Worldview 3 (WV3) de 30 cm en lugar de Sentinel-2 (Tabla 3), ya que esta región tiene pastos flotantes efímeros , vegetación subacuática y, por lo tanto, muestra una respuesta de señal reflejada en las bandas del infrarrojo cercano de las imágenes de satélite. Por lo tanto, las áreas de humedales del lago Albert tienen una resolución sustancialmente mayor que el resto de la costa del lago Albert.

Finalmente, se sobrevoló el lago Albert con un UAS de resolución submétrica (SMR) para determinar la precisión de la posición de las costas. Una vez que se calcularon las estadísticas de precisión, los datos de UAS se incorporaron nuevamente a las costas de estas áreas. Estas costas derivadas de UAS son las regiones alrededor de Kaiso, Butiaba y Ntoroko en el lago Albert en Uganda.

El paso inicial de la delineación de la costa fue seleccionar las escenas satelitales requeridas: las escenas seleccionadas debían cumplir con los siguientes criterios, estar mayormente despejadas sobre los lagos y tener banderas adecuadas que indicaran datos de alta calidad. Se realizaron búsquedas en los sitios ESA Copernicus Hub y USGS GLOVIS hasta que las imágenes cumplieron con los criterios anteriores. Luego, los gránulos seleccionados se subdividieron solo en las bandas azul, verde, roja y del infrarrojo cercano, y las imágenes de Landsat-8 se afinaron. Una vez compuesto, cada ráster de 4 bandas se representa como un compuesto de color-IR y un compuesto de color visible. Antes de que comenzara la digitalización, la resolución se fijó en 1:20 000 para todos los lagos, excepto el lago Victoria, que se fijó en 1:30 000.

Se construyeron redes de pesca que cubrieron la totalidad de cada lago. La línea de costa en cada celda de la red de pesca se digitaliza manualmente en forma de aviso. El primer paso de cada celda digitaliza la costa exterior del lago. El segundo paso de cada celda digitaliza todas las islas en la celda, y el tercer paso digitaliza posibles obstrucciones cercanas a la costa. Una vez que se completa cada celda, un segundo cartógrafo verifica la digitalización y envía todas las preguntas al digitalizador original, realizando las actualizaciones necesarias. La etapa final es combinar todas las celdas individuales de la línea de costa de la red en un todo único para cada lago y luego verificar la topología de la característica de la línea de costa construida.

Usando la regla de escala y resolución de Tobler26, es posible crear una línea de costa que se aproxime a una escala de 1:20 000 a partir de las imágenes Sentinel-2 de 10 m y 1:30 000 a partir de las imágenes Landsat-8 utilizando el control y monitoreo de errores apropiados. Las imágenes de Planet Scope con una resolución de 3 m equivaldrían a 1:6000, las imágenes WV2 con una resolución de 50 cm equivaldrían a 1:1000, las imágenes WV3 con una resolución de 30 cm equivaldrían a 1:600, las imágenes UAS con una resolución de 10 cm equivaldría a 1:200. Por estas razones, las costas de los lagos Albert, Edward y George se pueden considerar con una resolución mínima de 10 m o un producto a escala 1:20 000. La línea de costa del lago Victoria se puede considerar con una resolución mínima de 15 m o un producto a escala 1:30 000. Informamos la resolución más gruesa como la resolución de la costa del instrumento más grueso, pero grandes porciones de las costas tienen una resolución más alta de instrumentos menos gruesos.

Encontramos que el área superficial del lago Edward, el lago Albert, el lago George y el lago Victoria es de 2 241 119 039 m2, 5 423 949 967 m2, 281 121 696 m2 y 66 792 882 259 m2, respectivamente. Encontramos que las longitudes de la línea de costa del lago Edward, el lago Albert, el lago George y el lago Victoria son 241 395 m, 484 454 m, 89 204 m y 3 063 755 m, respectivamente. La información resumida para la línea de costa de cada lago se muestra en la Tabla 4, y los datos se comparan con la base de datos geográfica de alta resolución, jerárquica y autoconsistente global (GSHHG)27, considerada la mejor consistente disponible actualmente en estos lagos27.

Los sondeos se recolectaron y procesaron utilizando el software Eye4Software Hydromagic o Echoview Software Pty Ltd, Echoview. El sistema de recopilación de sondeos utilizado para el lago Albert, el lago Edward y el lago George fue CEESystems CEESCOPE. Los sondeos de alta frecuencia del lago Albert, el lago Edward y el lago George se recolectaron utilizando un transductor de 200 Khz de CEE Systems. Los sondeos de baja frecuencia de la parte de aguas profundas del lago Edward se recopilaron con un transductor de 33 kHz de CEE Systems. El sistema de recopilación de sondeos utilizado en el lago Victoria antes de 2020 era una ecosonda de frecuencia dual Simrad EK 60 con un ángulo de haz de 7° conectada a un transductor dual de propósito general de 70 kHz y 120 kHz producido por Kongsberg Maritime AS. Para 2020, el sistema de recolección de sondeos se cambió a una ecosonda de doble frecuencia Simrad EK80, que operaba en las mismas frecuencias. El sistema GNSS utilizado en Lake Albert, Lake Edward y Lake George fue un GPS Novatel Hemisphere. El sistema Hemisphere Atlas proporcionó la corrección en tiempo real SBAS L-Band GPS. El sistema Hemisphere Atlas proporcionó la corrección en tiempo real SBAS L-Band GPS. El sistema GNSS utilizado en el lago Victoria fue un GPS de Globalsat Technology Corporation.

Se utilizaron ESRI ArcGIS ArcPro28, GDAL/OGR29 y QGIS30 para realizar todas las transferencias de coordenadas horizontales, realizar análisis geoestadísticos, producir resultados cartográficos, digitalizar las costas, posprocesar los sondeos y analizar los sondeos. Se utilizó Microsoft Excel para procesar y transformar los datos del SDp GPS. La transformación de síntesis armónica para la conversión de datos a EGM 2008 se realizó en el código Fortran WGS 84 de Harmonic Synth proporcionado por NGA15.

Sentinel-2 y PlanetScope fueron las principales fuentes de datos para las imágenes satelitales. El SenseFly EBee + UAS31, con la cámara topográfica SODA32, se utilizó para volar los datos y luego evaluar la precisión de la delineación de la costa. Se utilizó el software SenseFly Emotion33 para planificar y volar todas las misiones de UAV. Pix4D34 se utilizó para procesar todas las imágenes de UAV.

Tinfour 2.7.135 para triangular sondeos batimétricos de masa y calcular las profundidades y el volumen medios de cada lago.

HRBS-GLWNB 2020 está disponible públicamente como repositorio geoespacial en Harvard Dataverse en https://dataverse.harvard.edu/dataverse/GLWNB-2020. Los datos vectoriales están disponibles en formato de archivo de forma abierto y los datos de trama en formato GeoTiff abierto. Los datos tabulares están disponibles en formato CSV. Debido al gran tamaño del archivo, algunos de los conjuntos de datos están comprimidos. Los datos están organizados por lago y tipo de datos.

Todos los sondeos de todos los lagos están disponibles en formato de puntos vectoriales y tabulares36. Los atributos incluyen el sondeo real, la ubicación horizontal de los sondeos, el estado GPS de los sondeos y otros datos auxiliares como la fecha y la hora del sondeo. Los mapas batimétricos, derivados de los sondeos, también están disponibles en esta ubicación36.

La información sobre la elevación de cada lago (SDp), el punto de referencia y el indicador de agua se encuentran en formatos puntuales y tabulares37. Todos los datos se proporcionan en alturas elipsoidales y EGM 84, EGM 96 y EGM 08. Los datos están organizados por lago y tipo de datos. Los atributos incluyen el nivel cero real del lago para cada lago, la ubicación horizontal del punto de referencia utilizado para derivar el nivel cero del lago, cada punto GPS que alimenta la ubicación del punto de referencia y las compensaciones gravitatorias utilizadas para convertir cada elevación del lago de altura elipsoidal a una Modelo Gravitacional de la Tierra. Cada línea costera de Lakes está disponible como un polígono vectorial38. El repositorio incluye metadatos geoespaciales para cada conjunto de datos.

La estimación de la incertidumbre adopta un enfoque dual. En primer lugar, definir e intentar medir la incertidumbre de cada componente y luego combinar estas medidas de incertidumbre en una sola medida estadística de incertidumbre aplicable a todo el conjunto de datos o, cuando sea posible, crear una muestra de datos de mayor veracidad y usar esta muestra de mayor veracidad para evaluar la incertidumbre de la población mediante validación cruzada.

La incertidumbre de LEU es la incertidumbre combinada de las ubicaciones verticales de los puntos de referencia, las lecturas del nivel del agua, el error introducido al transferir datos entre los dos y la transferencia de alturas elipsoidales a EGM 2008.

El intervalo de confianza del 99 por ciento para cada una de las alturas elipsoidales de los puntos de referencia se expresa a continuación y se utiliza como la incertidumbre elipsoidal (EU).

La incertidumbre del nivel óptico (OLU), en milímetros verticales, es el cuadrado de la ruta de la distancia medida en kilómetros multiplicada por sesenta39. La distancia combinada desde el punto de referencia del lago Albert hasta el nivel óptico y el indicador del lago Albert hasta el nivel óptico se estima en 20 m, lo que introduce un error de nivelación máximo potencial de 0,008 m. La distancia combinada desde el punto de referencia del lago Edward hasta el nivel óptico y el indicador del lago Edward hasta el nivel óptico se estima en 20 m, lo que introduce un posible error máximo de nivelación de 0,008 m. La distancia combinada desde el punto de referencia del lago George hasta el nivel óptico y el indicador del lago George hasta el nivel óptico se estima en 40 m, lo que introduce un error de nivelación máximo potencial de 0,012. El error de medición óptica del lago Victoria es de 0 m, ya que la ubicación del indicador está en la misma ubicación horizontal que el punto de referencia, y el altímetro se usa para determinar el SDp.

Se supone que cualquier incertidumbre de WL (WLU) individual es la incertidumbre de escala de la mitad de la gradación de cada indicador, que es 0,025 m para el lago Albert y 0,005 m para el lago Edward, el lago George y el lago Victoria.

Jason-3 es un altímetro relativamente nuevo, y su aplicación a cuerpos de agua continentales es aún más reciente, pero se están desarrollando evaluaciones de cuerpos de agua terrestres. Sobre el lago Issyk-Kul, el sesgo absoluto de Jason-3 se informa como −28 mm ± 40 mm StD40. En numerosos ríos franceses, tiene un RMSE entre 0,20 m y 0,30 m41, y el instrumento está diseñado para operar con una precisión de 2,5 cm42, y este valor se utiliza como el LEU total para el lago Victoria.

Para el lago Albert, el lago Edward y el lago George, la incertidumbre del LEU se calcula usando la metodología GUM de la raíz de la suma de los cuadrados43 (ecuación 2). Para el lago Victoria, el LEU es simplemente la incertidumbre de la elevación del lago Jason-3, ya que se pasan por alto tanto el punto de referencia como el indicador (ecuación 2).

ecuación 2 - Incertidumbre SDP

donde LEU = Incertidumbre SDp total, V = Lago Victoria, A = Lago Albert, E = Lago Edward, G = Lago George, EU = incertidumbre elipsoidal, OLU = incertidumbre del nivel óptico, WLU = incertidumbre de la lectura del nivel del agua.

La incertidumbre más significativa es probablemente la incertidumbre de conversión del modelo gravitatorio terrestre (EGMu) introducida al usar los coeficientes armónicos esféricos libres de mareas16, y esta incertidumbre sigue siendo desconocida para ubicaciones discretas. El objetivo declarado de EGM 2008 permite un error global de comisión de ondulación del geoide de raíz cuadrática media de ±15 cm, y se ha estimado que las áreas con datos gravitacionales de calidad tienen incertidumbres entre ±5 y ±10 cm16. Lake Albert, Edward y George tienen incertidumbres de EGMU desconocidas. El LEU para el lago Victoria es de 2,5 cm, lo que se alinea con la incertidumbre informada del altímetro Jason-342, y los datos del altímetro ya están calibrados para EGM 200817. Es probable que EGMU ya esté incorporado en el LEU para el lago Victoria.

El LEU para el lago Albert es de 0,05 m más el EGMU desconocido adicional. El LEU para el lago Edward es 0,01 m más el EGMU desconocido adicional. El LEU para el lago George es de 0,16 m más el EGMU desconocido adicional. El LEU para el lago Victoria es de 2,5 cm.

El fabricante proporciona la precisión nominal de un transductor de 200 kHz como: 0,01 m además de ±0,1 por ciento de la profundidad. Usamos este valor en todos los lagos, aunque para una pequeña porción del lago Edward, se usó el transductor de 33 kHz y el lago Victoria usó un transductor de 120 kHz. La Tabla 5 proporciona los valores de la incertidumbre de la ecosonda, Ues, para profundidades de agua representativas. La incertidumbre máxima del ángulo del haz, Uba, se puede expresar en términos de profundidad usando una relación trigonométrica simple (Ec. 3), que da como resultado el valor de la Tabla 5. El cabeceo o balanceo de un buque cambiará el ángulo del haz acústico e introducirá errores de rango inclinado en la profundidad medida. Cuando el ángulo de cabeceo o balanceo excede el ancho del haz acústico del transductor, es probable que ocurra una pérdida de señal. Cuando esto ocurrió, el proceso de digitalización llenó los vacíos. El ancho del haz acústico de la señal del transductor de 200 kHz es de 5 grados. El cabeceo de la embarcación rara vez excedía unos pocos grados, pero el ángulo de balanceo podía exceder los 5 grados durante períodos breves en días inusualmente picados.

ecuación 3 Incertidumbre del ángulo del haz

El transductor utilizado en el lago Victoria utiliza un montaje fijo permanente, por lo que solo se requiere una sola medida del calado inicial por debajo del nivel del agua (TD0). En todos los demás lagos, el TD0 se midió en aguas tranquilas con una precisión de 1 cm cada día cuando se instaló el conjunto de montaje en el barco. En algunas ocasiones se tuvo que medir TD0 cuando la superficie del agua estaba afectada por pequeñas olas. Otro impacto en la incertidumbre del calado fueron las variaciones en el calado del buque con la velocidad y, en cierta medida, por los cambios en el desplazamiento a medida que se utilizaba el combustible. Los movimientos de rotación de la embarcación también darán como resultado una variación en el calado. Se hicieron intentos para mantener al mínimo la redistribución del equipo y el movimiento de la tripulación para minimizar este efecto, pero en ocasiones resultó difícil en la práctica.

El límite superior de la variación de TD está controlado físicamente por la construcción de la embarcación y el método de montaje del transductor. Se observó que, cuando se navegaba a la velocidad de medición, cualquier movimiento de la embarcación que cambiara el calado en más de aproximadamente + 20 cm levantaría el transductor fuera del agua, lo que habría sido inmediatamente evidente para el hidrógrafo, o haría que el agua se desbordara. el espejo de popa, que habría sido inmediatamente evidente para la tripulación. Para tener en cuenta estas incertidumbres, la incertidumbre máxima del calado del transductor, Utd, se estima en los límites físicos del rango de movimiento del transductor, o 20 cm.

La profundidad medida es una función lineal de la velocidad del sonido en el agua. La velocidad del sonido en el agua dulce se ve afectada principalmente por la temperatura del agua: las temperaturas más bajas dan como resultado velocidades más lentas y las temperaturas más altas dan como resultado velocidades más altas. Las fórmulas estandarizadas proporcionan velocidades de sonido precisas en función de la temperatura. Dado que no se recopilaron perfiles de temperatura durante los estudios, todos los sondeos se calibraron posteriormente utilizando la suposición simplificada de una única velocidad de sonido constante.

Después de calibrar los sondeos, se usaron varias mediciones de las temperaturas reales de los cuatro lagos estudiados para estimar la incertidumbre de velocidad máxima abundante, Usv, debido a las variaciones en la velocidad del sonido. Las temperaturas máximas medidas oscilaron entre 21,60 °C en el lago Victoria en 2018 y 30,1 °C en el lago Albert en 202044. Este rango corresponde a una velocidad del sonido que va de 1486 m/seg a 1508 m/seg. Dado que la profundidad medida depende linealmente de la velocidad del sonido, el Usv tiene los mismos porcentajes que los errores en la velocidad del sonido, que están entre −1,1 por ciento y 0,4 por ciento. El valor único de Usv en función de las profundidades representativas, informado en la Tabla 5, se estima como el máximo del rango absoluto de ±Usv, o 1,1 por ciento.

Una vez más, la incertidumbre de la profundidad del sondeo combinado (Usc) se calcula utilizando la metodología GUM de la raíz de la suma de los cuadrados43 (ecuación 4). El error no contabilizado se relaciona con la disminución de la carga de combustible durante el día y otros parámetros de estabilidad del barco, como el número y la ubicación de los miembros de la tripulación.

ecuación 4 - Incertidumbre sonora

A lo largo de varios días durante el despliegue del lago Albert, la señal correctiva de la banda L del GNSS se volvió intermitente y se desconectó aproximadamente el 20 por ciento del tiempo. Como resultado, en el lago Albert había 59 287 pares de coordenadas GPS sin señal diferencial y 233 504 pares de coordenadas GPS con señal diferencial. Se tomó la decisión de retener los 59.287 pares de coordenadas GPS sin señal diferencial. La metodología a continuación fue diseñada para cuantificar esta diferencia y guiar la decisión de incluir los datos de GPS no corregidos junto con los datos de GPS corregidos. Cabe señalar que esta caída de la señal de la banda L solo alterará la posición horizontal de los sondeos, ya que la profundidad se toma del equipo hidroacústico y la SDp se determinó utilizando un indicador y un punto de referencia.

Se extrajeron dos transectos de muestra con un total de 34 kilómetros lineales con una pérdida intermitente de corrección diferencial de toda la población de datos. Primero, los 3816 pares de coordenadas horizontales en estos dos transectos con una señal de corrección diferencial se conectaron linealmente. Esta conexión se define como la línea de mejor ajuste. Es simplemente un conector euclidiano entre cada par de pares de coordenadas GPS corregidos. A continuación, se añadieron a esta línea los 4.714 pares de coordenadas horizontales GPS sin corrección diferencial presente. Estos puntos no corregidos no encajaban exactamente en la línea de mejor ajuste, pero a menudo se sitúan a ambos lados de esta línea. Finalmente, se calculó la distancia desde los pares de coordenadas horizontales GPS sin correcciones diferenciales hasta la característica lineal creada a partir de los pares de coordenadas horizontales GPS con corrección diferencial. El desplazamiento medio de los pares de coordenadas horizontales GPS sin corregir de los pares de coordenadas horizontales GPS corregidos fue de 0,13 m. La diferencia máxima encontrada en la muestra de 34 km es de solo 1,45 m. Dado que ningún método de agrupación debe intentar analizar estos datos en el nivel horizontal inferior al metro, se conservaron los pares de coordenadas horizontales no corregidos.

Tomamos muestras de las costas utilizando una representación de mayor resolución de las costas; en este caso, una costa derivada de UAS. Operamos bajo el supuesto de que el UAS que opera a una resolución de 10 cm localiza la costa con mayor precisión que un sistema basado en el espacio que opera a una resolución de 10 mo 30 m. El uso de datos de mayor resolución es un método convencional para obtener la precisión de ubicación de una característica del mapa. El UAS voló a lo largo de 102 km lineales de la parte ugandesa de la costa del lago Albert entre el 1 y el 20 de febrero de 2021, y se procesó en una costa lineal utilizando el mismo método que la costa del lago original.

Se extrajeron todos los vértices originales de la costa completa del lago Albert. Se descartaron los vértices fuera del área de vuelo del UAS. Luego se compararon las ubicaciones de los vértices de la línea costera original con su distancia a las líneas costeras de los UAS. Los vértices se eligen como anclas, ya que son la ubicación en la que un analista determina que la línea de costa está presente dejando caer un punto; la línea de costa misma no es más que la conexión mecánica de todos los vértices colocados por el analista. Los vértices de la costa original estaban dentro de los 14,46 m ± 0,52 (CI 95, n = 8826) de las costas de los UAS. Es decir, la diferencia promedio de las costas está dentro de un píxel y medio de Sentinel-2. Este nivel de incertidumbre en la costa se aplica a los lagos Albert, Edward y George. Si el lago Victoria tiene el mismo nivel de incertidumbre en la costa que los otros tres lagos, esto equivaldrá a 21,69 m para el lago Victoria.

Todas las unidades de medida horizontales o verticales son metros, metros cuadrados o metros cúbicos a menos que se indique lo contrario.

A menos que se indique lo contrario, los datos geoespaciales del lago Victoria están referenciados a EPSG:102024, y los datos geoespaciales del lago Albert están referenciados a EPSG:32636. Los datos geoespaciales del lago Edward se refieren a

EPSG:32735. El lago George se divide entre EPSG:32636 y EPSG:32736, pero se utiliza EPSG:32636 como ubicación de referencia y la mayor parte del lago se encuentra en el hemisferio norte. Por lo tanto, cierto software puede leer las coordenadas del lago George como fuera de los límites; en este escenario, convierta el lago George a EPSG:102024 u otro sistema de coordenadas adecuado o utilice la latitud y la longitud como alternativa. A menos que se indique lo contrario, los datos verticales se refieren a la versión oficial de EGM 2008 WGS 198416.

Estos datos están empaquetados en formatos abiertos y listos para su uso directo en software FOSS-GIS como QGIS, GRASS, GDAL/OGR y paquetes comerciales como ArcGIS, GeoMedia y Manifold. Alentamos a los futuros investigadores a continuar refinando el punto de referencia del lago George y el nivel de elevación del lago proporcionado.

El código Fortran para generar las ondulaciones del geoide WGS 84 utilizando la síntesis armónica esférica de EGM2008 está disponible en NGA15 y está disponible para descargar en https://earthinfo.nga.mil/index.php?dir=wgs84&action=wgs84 y está vinculado desde el repositorio.

El código C++ para generar las ondulaciones del geoide WGS 84 de EGM 84 y EGM 96 es parte del proyecto GeographicLib45 y está disponible para descargar https://geographiclib.sourceforge.io/html/GeoidEval.1.html.

El código Java para repetir los cálculos de volumen y profundidad media está depositado en el repositorio GitHub Tinfour ubicado en https://github.com/gwlucastrig/Tinfour y está vinculado desde el repositorio.

Chorowicz, J. El sistema de grietas de África oriental. Revista de Ciencias Africanas de la Tierra 43, 379–410 (2005).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Bastawesy, ME, Gabr, S. & White, K. Hidrología y geomorfología de los lagos del Alto Nilo Blanco y su relevancia para la gestión de los recursos hídricos en la cuenca del Nilo. Procesos hidrológicos 27, 196–205 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Lawson, FH Egipto versus Etiopía: el conflicto por el Nilo hace metástasis. El espectador internacional 52, 129–144 (2017).

Artículo Google Académico

Nakiyende, H. et al. Encuesta regional de evaluación de capturas de 2019 para los lagos Edward y Albert (RD Congo y Uganda). 1–38 (Programa de Acción Subsidiaria de los Lagos Ecuatoriales del Nilo (NELSAP-CU)/Iniciativa de la Cuenca del Nilo (NBI), Kigali, Rwands, 2019).

von Sarnowski, A. En Actas: Conferencia sobre Investigación Agrícola Internacional para el Desarrollo. www.tropentag.de/de/2004/proceedings/node402.html.

Hamilton, SE y col. El uso de sistemas de aeronaves no tripuladas e imágenes satelitales de alta resolución para monitorear la expansión de la acuicultura en jaulas de tilapia en el lago Victoria, Kenia. Boletín de Ciencias Marinas 96, 71–94, https://doi.org/10.5343/bms.2019.0063 (2020).

Artículo Google Académico

Njiru , J. , van der Knaap , M. , Kundu , R. & Nyamweya , C. Pesquerías del lago Victoria: perspectivas y gestión . Lagos y embalses: investigación y gestión 23, 152–162 (2018).

Artículo Google Académico

Aura, CM et al. Tomando el pulso de las principales pesquerías comerciales del lago Victoria Kenia, para una gestión sostenible. Gestión pesquera y ecología 27, 314–324 (2020).

Artículo Google Académico

Balirwa, JS et al. Biodiversidad y Sostenibilidad Pesquera en la Cuenca del Lago Victoria: ¿Un Matrimonio Inesperado? BioScience 53, 703–715, https://doi.org/10.1641/00063568(2003)053[0703:Bafsit]2.0.Co;2 (2003).

Sayer, CA, Máiz-Tomé, L. & Darwall, W. Biodiversidad de agua dulce en la cuenca del lago Victoria: orientación para la conservación de especies, protección de sitios, resiliencia climática y medios de vida sostenibles. (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza, 2018).

Kaufman, L. Cambio catastrófico en ecosistemas de agua dulce ricos en especies. BioScience 42, 846–858 (1992).

Artículo Google Académico

Goldschmidt, T., Witte, F. & Wanink, J. Efectos en cascada de la perca del Nilo introducida en las especies detritívoras/fitoplanctívoras en las áreas sublitorales del lago Victoria. Biología de la conservación 7, 686–700 (1993).

Artículo Google Académico

Marshall, BE Culpable de los cargos: la perca del Nilo fue la causa de la disminución de haplocrominas en el lago Victoria. Revista canadiense de pesca y ciencias acuáticas 75, 1542–1559 (2018).

Artículo Google Académico

Witte, F. et al. La destrucción de una bandada de especies endémicas: datos cuantitativos sobre el declive de los cíclidos haplocromos del lago Victoria. Biología ambiental de los peces 34, 1–28 (1992).

Artículo ADS MathSciNet Google Scholar

Sintetizador armónico WGS84: un programa FORTRAN para calcular alturas geoidales con respecto a WGS 84 mediante síntesis armónica esférica. v. 6032008 (NGA, Washington DC, 2008).

Pavlis, NK, Holmes, SA, Kenyon, SC & Factor, JK El desarrollo y evaluación del Modelo Gravitacional de la Tierra 2008 (EGM2008). Revista de investigación geofísica: tierra sólida 117 (2012).

Birkett, CM et al. G-REALM: una herramienta de monitoreo de lagos/embalses para la evaluación de los recursos hídricos y la seguridad regional. AGUFM 2018, H51S–1570 (2018).

Google Académico

NASA: Laboratorio de Propulsión a Chorro. US Releases Enhanced Shuttle Land Elevation Data, http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/ (2016).

Picot, N. et al. Vuelo. 1 (eds CNES et al.) 71 (CNES, Toulouse, Francia, 2018).

LVFO. Procedimientos operativos estándar revisados para levantamientos hidroacústicos en el lago Victoria. (Organización de Pesca del Lago Victoria, Jinja, Uganda, 2018).

Vista de eco. Algoritmos de selección de línea: Mejor candidato inferior, https://support.echoview.com/WebHelp/Reference/Algorithms/Line_picking_algorithm.htm#Best_bottom_candidate (2021).

Comité Internacional del Medio Ambiente de los Lagos. Base de datos de lagos del mundo. Como se ve en línea en http://www.ilec. o. jp/base de datos/base de datos. HTML (2001).

Agencia Espacial Europea. Centro de acceso abierto de Copernicus, https://sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/missions/sentinel-2 (2019).

Agencia Espacial Europea. Sentinel-2: Land Overview, https://sentinel.esa.int/web/sentinel/thematic-areas/land-monitoring (2019).

Drusch, M. et al. Sentinel-2: Misión óptica de alta resolución de la ESA para servicios operativos GMES. Teledetección de Environment 120, 25–36 (2012).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Tobler, W. en Actas del Taller Internacional sobre Sistemas de Información Geográfica. (Unión Geográfica Internacional, Comisión de Información Geográfica…).

Wessel, P. & Smith, W. GSHHG: una base de datos geográfica global autoconsistente, jerárquica y de alta resolución. Honolulu, Hawái, Silver Spring, Maryland. (URL: http://www.soest.hawaii.edu/pwessel/gshhg/(consultado el 10 de enero de 2013) (2013).

ArcGIS Pro 2.7 (ESRI, Redlands, CA, 2021).

Biblioteca de abstracción de datos geoespaciales (Open Source Geospatial Foundation, Dover, DE, 2016).

QGIS (Fundación Geoespacial de Código Abierto, Dover, DE, 2017).

Manual del usuario del dron eBee Plus, revisión 1.7 (senseFly, Cheseaux-Lausanne, Suiza, 2018).

Manual del usuario de la cámara senseFly SODA Revisión 1.5 (senseFly, Cheseaux-Lausanne, Suiza, 2017).

Manual del usuario de eMotion 3, revisión 1.9 (senseFly, Cheseaux-Lausanne, Suiza, 2018).

Pix4D SA. 305 (Pix4D SA, Lausana, Suiza, 2017).

Tinfour: triangulación de Delaunay 2D de alto rendimiento y utilidades relacionadas escritas en Java (San Francisco, CA, 2021).

Hamilton, SE y col. GLWNB Sondeos y Batimetría. Datos de Harvard https://doi.org/10.7910/dvn/itcogt (2021).

Hamilton, SE y col. Elevación del lago GLWNB, (SDp) y puntos de referencia. Datos de Harvard https://doi.org/10.7910/dvn/w8xtsd (2021).

Hamilton, SE y col. Costas GLWNB. Datos de Harvard https://doi.org/10.7910/dvn/hokemf (2021).

Guyer, P. Introducción a los estándares de precisión para levantamientos topográficos. 1–35 (2017).

Cretaux, J.-F. et al. Calibración o validación absoluta de los altímetros del Sentinel-3A y del Jason-3 sobre el lago Issykkul (Kirguistán). Teledetección 10, 1679 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Biancamaria, S. et al. Validación de los modos de seguimiento de Jason-3 sobre ríos franceses. Detección remota del medio ambiente 209, 77–89 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Jason-3: resumen, https://sealevel.jpl.nasa.gov/missions/jason-3/summary/ (2021).

Bipm, I., Ifcc, I., Iso, I. & Iupap, O. Evaluación de los datos de medición: guía para la expresión de la incertidumbre en la medición, JCGM 100: 2008 GUM 1995 con correcciones menores. Comité Mixto de Guías en Metrología (2008).

Lubbers, J. & Graaff, R. Una fórmula simple y precisa para la velocidad del sonido en el agua. Ultrasonido en medicina y biología 24, 1065–1068 (1998).

Artículo CAS Google Académico

GeographicLib: evaluar la altura del geoide (2020).

Miriti, EAK Lago Alberto. Plataforma de información de los Grandes Lagos africanos. https://www.africangreatlakesinform.org/page/lake-albert (2017).

Seders, LA, Shea, CA, Lemmon, MD, Maurice, PA y Talley, JW LakeNet: una red de sensores integrados para la detección ambiental en lagos. Ciencias de la Ingeniería Ambiental 24, 183191 (2007).

Artículo Google Académico

Tong, X. et al. Estimación de las variaciones del volumen de agua en el lago Victoria durante los últimos 22 años utilizando altimetría multimisión e imágenes de detección remota. Teledetección del Medio Ambiente 187, 400413 (2016).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

Las encuestas fueron realizadas y coordinadas por investigadores del Instituto Nacional de Investigación de Recursos Pesqueros (NaFIRRI) de Uganda, el Instituto de Investigación Marina y Pesquera de Kenia (KMFRI), el Instituto de Investigación Pesquera de Tanzania (TAFIRI), el Grupo de Trabajo Hidroacústico Regional del Lago Victoria Victoria Fisheries Organization, la Universidad de Denver, la Universidad de Boston, la Universidad de Salisbury, Emerald Ocean Engineering LLC y Gulf Coast GIS LLC. Los fondos para los lagos Albert y Edward se recibieron del Banco Africano de Desarrollo (BAfD) a través de la Iniciativa de la Cuenca del Nilo – Programa de Acción Subsidiaria de los Lagos Ecuatoriales del Nilo (NBI-NELSAP) en el marco del Proyecto de Gestión Integrada de Recursos Hídricos y Pesca de los Lagos Edward y Albert (LEAF II). Proyecto). La financiación para la encuesta del lago Victoria 2017 se recibió de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) con el número de adjudicación v. La financiación para las encuestas del lago Victoria 2018, 2019 y 2020 fue proporcionada parcialmente por Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH Responsible Fisheries Business Cadenas (RFBC) número de proyecto 16.0126.9–102.00. Los fondos para Lake George provinieron de contribuciones equivalentes de NaFIRRI, Emerald Ocean Engineering LLC y Gulf Coast GIS LLC. Queremos agradecer a los respectivos capitanes y tripulantes de cada embarcación y al personal local que ayudó en cada sitio. Reconocemos a Marine Nationale of DRC y UPDF Marines of Uganda por brindar seguridad. Queremos agradecer a la tripulación del bote patrullero LEAF-II del lago Edward por traernos combustible de emergencia. Reconocemos al Sr. Isingoma Philbert por tomar medidas diarias de agua en el lago Edward. Queremos agradecer a USDA, NASA/PODAAC, AVISO, NOAA y la base de datos RADS de TU-Delft/NOAA por proporcionar los conjuntos de datos y parámetros altimétricos TOPEX/POSEIDON, Jason-1, Jason-2/OSTM, GFO y SARAL para su uso. en el establecimiento del nivel del agua para el lago Victoria. Finalmente, debemos agradecer a Planet, ESA y USGS por proporcionar las imágenes de PlanetScope, Sentinel-2 y Landsat utilizadas en esta construcción de datos.

Departamento de Estudios Costeros, Universidad de Carolina del Este, Greenville, NC, 27858, EE. UU.

Stuart E. Hamilton y Noah Krach

Emerald Ocean Engineering LLC, 107 Ariola Drive, Pensacola Beach, FL, 32561, EE. UU.

David D. McGehee

Instituto de Investigación Marina y Pesquera de Kenia (KMFRI), Centro Kisumu, Kisumu, Kenia

Chrispine Nyamweya, Collins Ongore, Amina Makori y Venny M. Mwainge

Instituto Nacional de Investigación de Recursos Pesqueros (NaFIRRI), PO Box 343, Jinja, Uganda

Richard Mangeni-Sande, Esther Kagoya, Henry Ocaya, Bairon Mugeni y Elias Muhumuza

Instituto de Investigación Pesquera de Tanzania (TAFIRI), PO Box 475, Mwanza, Tanzania

Benedict B. Kashindye, Mboni Elison, Sophia S. Shaban y Enoch Mlaponi

Departamento de Geografía y Geociencias, Universidad de Salisbury, Salisbury, EE. UU.

accidente de noé

Oficina de Pesca, Servicio de Pesca de Kenia, Nairobi, Kenia

Zachary Ogari

Organización Pesquera del Lago Victoria (LVFO), PO Box 1625, Jinja, Uganda

Anthony Taabu-Munyaho y Robert Kayanda

Instituto Marítimo de la Universidad de Busitema, Namasagali, Uganda

vianny natugonza

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Hamilton fue el científico principal de Lake Edward y Lake George y el segundo hidrógrafo en Lake Albert. En todos los lagos, es responsable de las metodologías SIG, teledetección, cartografía analítica e integración de datos. Hamilton co-diseñó las metodologías de referencia y nivel de agua para el lago Albert, el lago Edward y el lago George y diseñó los métodos para el lago Victoria. Desarrolló el procedimiento para el nivel de agua del altímetro utilizado en el lago Victoria. Co-diseñó las validaciones de errores e incertidumbres en todos los lagos. Diseñó los vuelos de UAS, voló el UAS y procesó los datos de UAS. Dirigió la delineación de la costa a través de todos los lagos. Hamilton escribió el artículo y creó el depósito de datos. McGehee fue el científico principal del lago Albert y procesó todos los sondeos del lago Albert, el lago Edward y el lago George. Co-diseñó las metodologías de referencia y nivel de agua para todos los lagos además del lago Victoria. Co-diseñó las validaciones de errores e incertidumbres en todos los lagos. McGehee escribió partes del artículo con un énfasis particular en el error y la incertidumbre. Nyamweya lideró el diseño del estudio transversal del lago Victoria, la recopilación de datos acústicos y el análisis acústico. Ayudó a escribir la parte del manuscrito sobre los sondeos del lago Victoria. Ongore fue jefe del equipo de hidrografía del lago Victoria y proporcionó datos ambientales para definir parámetros en el software de adquisición de datos y datos ambientales para calibrar las ecosondas. Makori calibró el sistema de sonido EK60 y actualizó los archivos de calibración de Echoview. Preprocesó datos de batimetría de los estudios hidroacústicos del lago Victoria. Mangeni-Sande diseñó transectos y desarrolló scripts R para el análisis de los datos hidroacústicos del lago Victoria. Kagoya verificó los parámetros de exportación de consistencia de los ecogramas en Echoview para las encuestas del lago Victoria. Kashindye clasificó regiones y eventos en ecogramas y verificó la integridad de la línea inferior detectada por la sonda utilizando Echoview para los datos del lago Victoria. Elison recopiló, procesó y exportó ecogramas procesados como archivos CSV para obtener más datos de análisis del lago Victoria. Shaban recopiló datos, procesó los archivos acústicos sin procesar y validó la profundidad del lago determinada acústicamente en Echoview para la encuesta de 2020. Mlaponi fue el jefe de biología y proporcionó metadatos para transectos acústicos y estaciones de muestreo en todas las encuestas. Mwainge procesó archivos sin procesar en Echoview para el estudio hidroacústico del lago Victoria de 2019 y preparó exportaciones para batimetría. Ocaya recopiló y procesó los datos de temperatura del agua utilizados para los ajustes de velocidad del sonido en todos los lagos, excepto en el lago Victoria. Krach procesó las imágenes de la costa de Sentinel-2 para el lago Albert y el lago Edward, y realizó la digitalización de la costa del lago Albert. También procesó las imágenes Landsat del lago Victoria y digitalizó la costa del lago Victoria. Ogari realizó la digitalización de las costas del lago Edward y el lago George. Mugeni reunió la colección de sondeos en el lago George. Anthony Taabu-Munyaho dirigió el diseño de la prospección del lago Victoria y la interpretación de los datos de sondeo. Robert Kayanda instaló el sistema de recopilación de datos acústicos (EK60) y desarrolló una plantilla Echoview para el procesamiento de datos acústicos del lago Victoria. Muhumuza ayudó a Ocaya a recopilar los datos de temperatura del agua y fue un observador capacitado para los vuelos de UAS. Natugonza ayudó a recopilar todos los datos de sondeo del lago Victoria y realizó el procesamiento inicial de los ecogramas de la ecosonda del lago Victoria.

Correspondencia a Stuart E. Hamilton.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Hamilton, SE, McGehee, DD, Nyamweya, C. et al. Batimetrías y líneas costeras de alta resolución para la cuenca de los Grandes Lagos del Nilo Blanco. Datos científicos 9, 642 (2022). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01742-3

Descargar cita

Recibido: 03 Septiembre 2021

Aceptado: 30 de septiembre de 2022

Publicado: 22 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41597-022-01742-3

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt