EuroGOOS roadmap for operational coastal downstream services

The EuroGOOS Coastal working group examines the entire coastal value chain from coastal observations to services for coastal users. The main objective of the working group is to review the status quo, identify gaps and future steps needed to secure and improve the sustainability of the European coastal service provision. Within this framework, our white paper defines a EuroGOOS roadmap for sustained “community coastal downstream service” provision, provided by a broad EuroGOOS community with focus on the national and local scale services. After defining the coastal services in this context, we describe the main components of coastal service provision and explore community benefits and requirements through sectoral examples (aquaculture, coastal tourism, renewable energy, port, cross-sectoral) together with the main challenges and barriers to user uptake. Technology integration challenges are outlined with respect to multiparameter observations, multi-platform observations, the land-coast-ocean continuum, and multidisciplinary data integration. Finally, the technological, financial, and institutional sustainability of coastal observing and coastal service provision are discussed. The paper gives special attention to the delineation of upstream and downstream services, public-private partnerships and the important role of Copernicus in better covering the coastal zone. Therefore, our white paper is a policy and practice review providing a comprehensive overview, in-depth discussion and actionable recommendations (according to key short-term or medium-term priorities) on the envisaged elements of a roadmap for sustained coastal service provision. EuroGOOS, as an entity that unites European national operational oceanography centres, research institutes and scientists across various domains within the broader field of operational oceanography, offers to be the engine and intermediary for the knowledge transfer and communication of experiences, best practices and information, not only amongst its members, but also amongst the different (research) infrastructures, institutes and agencies that have interests in coastal oceanography in Europe

Development and application of drift prediction models in field spraying

Pesticiden zijn chemische of natuurlijke producten die gebruikt worden voor de bescherming van planten en dieren tegen plagen, ziektes en onkruid. Zowel de landbouw, de industrie, de overheid en huishoudens maken regelmatig gebruik van pesticiden. De laatste jaren is de bezorgdheid rond het milieu en de gezondheid gestegen. Dit resulteerde in een verhoogde interesse naar een veilige en gezonde toepassing van pesticiden. Verschillende experimentele studies toonden aan dat drift of het landen van pesticiden naast het te bespuiten veld schade kan toebrengen aan de gezondheid van omwonende mensen of oevallige passanten, aan naburige ecosystemen en aan de gewassen van aanliggende velden. Partikeldrift is het landen van pesticidendruppels naast het veld van toepassing tijdens de bespuiting zelf. Dit werk onderzoekt enkel dit driftfenomeen, dampdrift en de afgifte van pesticiden naar de bodem worden niet besproken. Een grote verscheidenheid aan parameters zoals veldtopologie, windsnelheid, windrichting, boomhoogte, rijsnelheid, spuitdopontwerp en de spuittechniek van de operator beïnvloeden driftvorming. Verder is er een grote variabiliteit waargenomen in de driftwaarden opgemeten tijdens veldexperimenten. Deze verscheidenheid aan parameters en de grote opgemeten variabiliteit maken het moeilijk tot een objectieve en transparante interpretatie van driftexperimenten te komen.Het doel van deze thesis is de kennis van partikeldrift te verdiepen door middel van een 'Computational Fluid Dynamics' of CFD model. Het grote voordeel van de techniek 'Computational Fluid Dynamics' is dat alle parameters die drift beïnvloeden onafhankelijk van elkaar aangepast en bestudeerd kunnen worden. Het model werd ontwikkeld in 3D om het windprofiel in stabiele atmosferische condities en de individuele druppelwegen bepaald door veld- en operatorcondities te berekenen. Op basis van dit 3D model werd een sneller, maar eveneens mechanistisch 2D model ontwikkeld en gevalideerd metveldexperimenten. Dit driftmodel kan gebruikt worden door landbouwers, machine- en spuitdopfabrikanten, pesticidenfabrikanten, de overheid en het publiek om snelle driftvoorspellingen te maken bij verschillende toepassingen.Het model is geïmplementeerd om de luchtstroom en drift te evalueren bij bespuiting van een vlak en open grasland. De luchtstroom werd berekend door de 3-D uitgemiddelde Reynolds Navier-Stokes vergelijkingen met een k-e model voor turbulentie en de log-wet. Dit om de invloed van ruwheid van het grasland op de grenslaag in rekening te brengen. De weg van duizenden druppels representatief voor de pesticidenspray, werd gesimuleerd door een Lagrangiaans model te koppelen aan het turbulente windmodel. Bij het modelleren van de verspoten nevel van de spuitdoppen werd rekening gehouden met de spuitdruk, de spuitkegel en de druppeldiameterdistributie. De atomisatie van de druppels werd niet gemodelleerd en de initiële druppelsnelheid werd benaderd met een uniforme snelheid. Het model kan gebruikt worden om het effect van boomhoogte, tractorsnelheid, spuitdoptype, configuratie van de spuitdoppen, windsnelheid en windprofiel te bestuderen. In eerste instantie werd het effect van het terrein bestudeerd door verschillende ruwheden aan het veld toe te kennen. Het model werd verder ontwikkeld om het effect van een isotrope vegetatie (zoals graan) van verschillende hoogtes op drift te bestuderen zonder evenwel de luchtstroom in het graan zelf na te gaan. Het model neemt geen onstabiele weer- of operatorcondities in beschouwing. De basis voor de validatie van het model zijn veldexperimenten uitgevoerd in Merelbeke (België) door onze collega's van het Instituut voor Landbouw en Visserij Onderzoek (ILVO). Deze experimenten werden allen uitgevoerd in overeenkomst met de internationale ISO 22866 (2005)standaard voor velddriftexperimenten.Het ontwikkelde model was zeer goed in staat om korte afstandsdrift te berekenen. Betrouwbare voorspellingen werden bereikt tot 5 m van de veldrand voor de bestudeerde experimentele studies. De voorspelling van drift op grotere afstand van de veldrand was minder betrouwbaar, maar was wel zeer bruikbaar om trendvoorspellingen te doen. Deze minder grote accuraatheid was het gevolg van limitaties in het gebruikte model voor turbulentie en de gesimplificeerde spuitdopkarakteristieken. De variabiliteit van de randvoorwaarden van het model werd geanalyseerd en helpt om de variabiliteit in driftwaarden geobserveerd tijdens veldexperimenten te verklaren. Boomhoogte is volgens deze studie de meest gevoelige parameter gevolgd door windrichting en windsnelheid. Tractorsnelheid en initiële druppelsnelheid hebben weinig invloed op de driftresultaten. Om de temporelevariatie van boomhoogte, windrichting, windsnelheid, druppelsnelheid en tractorsnelheid volledig te implementeren zijn dynamische simulaties nodig. De R² waarde van de correlatie tussen model en experimenten is 0,73. Het model kan gebruikt worden om het driftreductiepotentieel te bepalen van de verschillende maatregelen die genomen kunnen worden door landbouwers. Een verhoging van 0,2 m van de boomhoogte resulteerde in een totaal driftreductiepotentieel (DRPt) van -200 % (een verhoging van de drift), een verlaging van 0,2 m in een DRPt van 60 %. Een verhoging van de windsnelheid (gemeten op 1,5 m hoogte) van 3 naar 5,5 m/s resulteerde in een DRPt van -70,39 %. Het bespuiten van een veld met een 6 keer hogere ruwheid leidde tot een negatieve DRPt van -67,54 %, een hoger gewas van 0,60 m resulteerde in een DRPt van -52,09 %. Volgens het model kan dit negatief driftreductiepotentieel gecompenseerd worden door een zone van 1m van het gewas niet te bespuiten; in dit geval is de DRPt ongeveer 0 %. Drift kan actief gereduceerd worden door de spuitdop te manipuleren. De spuitparameter die de meeste invloed had op de driftresultaten was de druppeldiameterdistributie. Vergeleken bij een standaard spuitdop leidt een fijnere spuitdop tot een negatief driftreductiepotentieel (tot -159 %), een grovere spuitdop vermindert drift significant (DRPt = 88,80 %). Een lineaire correlatie werd gevonden tussen DRPt en de volume fractie van druppels kleiner dan 200 µm. Deze fractie is dus een makkelijk te bepalen indicator voor het driftreducerend vermogen van een spuitdop onder standaardcondities. Deze fractie kan niet als indicator gebruikt worden voor specifieke toepassingen zoals luchtondersteuning en schermen. De invloed op de DRPt waarde van debiet van de spuitdop (druk), druppeldichtheid en de injectiesnelheid van de druppels was minder dan 20 % wanneer de druk varieerde tussen 2 en 4 bar en er loodrecht op het veld gespoten werd. De vorm van de verspoten spuitkegel had volgens het model weinig invloed op de driftresultaten. Het model onderschatte de driftresultaten voor verschillende spuitdopdrukken en spuitdophoeken. Om deze parameters beter te modelleren zou de spatiële druppeldiameterdistributie en snelheid over de spuitkegel en de relatie tussen initiële druppelsnelheid en druppeldiameter beter onderzocht moeten worden.Verschillende aspecten van het CFD model werden gereduceerd: het 3D domein werd geconverteerd naar een 2D domein; de druppels werden niet meer individueel gemodelleerd, maar als een concentratiewolk; het model neemt enkel de driftzone in beschouwing. Dit resulteerde in een diffusie-advectie model met verschillende parameters die werden getuned aan de hand van CFD simulaties. Deze parameters waren de hoogte van de driftwolk aan de veldrand, de massaflux, de verticale druppelsnelheid en de verticale werveldiffusiviteit. De relatie tussen deze effectieve parameters en de windsnelheid, boomhoogte en druppelkarakteristieken van de spuitdoptypes werd gekwantificeerd in een twee-staps calibratie. Er werd gebruik gemaakt van niet-lineaire optimizatieprocedures. Het model werd gevalideerd aan de hand van experimenten die niet participeerden in de calibratieprocedure. Het gereduceerde model voor drift van veldbespuitingen presteerde goed voor verschillende spuitdoptypes, windsnelheden en boomhoogtes in eenvoudige, heldere en goed te begrijpen relaties. In tegenstelling tot het CFD model is het gereduceerde model goed in staat om verre afstandsdrift te voorspellen, maar het geeft onderschattingen van driftwaardes op 0,5 m van de veldrand. Een R² waarde van 0,80 werd gevonden voor de relatie tussen veldexperimenten en model. Het model kan opgelost worden in enkele seconden (ongeveer honderd keer sneller dan het CFD model) en heeft hierdoor een hoog potentieel om als een snel evaluatie-instrument gebruikt te worden voor eindgebruikers terwijl het toch in staat is om een zinvolle verklaring te geven voor de geobserveerde driftwaarden. We hebben de individuele en gecombineerde invloed van belangrijke variabelen die drift beïnvloeden (boomhoogte, windsnelheid en spuitdoptype) gedemonstreerd. Het model is klaar om geïmplementeerd te worden als een web-gebaseerd instrument voor driftvoorspellingen.status: publishe

Characterization of a West African Coastal Lagoon System: Case of Lake Nokoué with Its Inlet (Cotonou, South Benin)

The purpose of this work was to investigate the physical and chemical dynamics of Lake Nokoué for its efficient management. For this purpose, two sampling campaigns per month from five stations (North, South, Central, East and West) were conducted for a period of one year (November 2020 to November 2021). Physic and chemical parameters (temperature, salinity, depth, water transparency, pH, dissolved oxygen and total dissolved solids) were measured and wet substrate samples were collected to study the granulometry. Data analysis revealed that Lake Nokoué is mainly affected by two regimes: flooding and low water. Flooding, which is not directly related to rainfall, did not begin until one month after the major rainy season in June. The sources that contributed to the flooding of Lake Nokoué were the freshwater tributaries coming mainly from the Ouèmé River and the flow of the Sô River from August to November. The inflow of fresh water contributed to the decrease in salinity and transparency of the lake from the east to the south. During the low water period (from December to July), Lake Nokoué is characterized by an increase in salinity and transparency from the south to the northeast due to the massive intrusion of sea water into the lake. The highest dissolved oxygen levels are observed in the south and center (5.92 ± 0.46 mg/L) while it varies greatly in the north and west (Eichhornia crassipes concentration zone) during flooding. The average annual depth of Lake Nokoué was 1.47 ± 0.66 m with an average annual pH of 6.85 ± 0.56

Drift from field crop sprayers using an integrated approach : results of a five-year study

Spray drift continues to be a major problem in applying agricultural pesticides. This article summarizes the results of a five-year study of drift from field crop sprayers using a unique integrated approach. Indirect (spray quality and wind tunnel measurements) and direct (field) drift experiments were performed, and drift models were developed to study the effect of spray application technique, droplet characteristics, buffer zones, meteorological conditions, spray liquid properties, border structures, and crop characteristics on drift from field crop sprayers. It was found that indirect drift measurements can be a valuable alternative to field drift experiments. A validated 3-D computational fluid dynamics (CFD) mechanistic drift model was developed, which can be used for a systemic study of different influencing factors. This model was reduced to a fast 2-D diffusion advection model, which is useful as a hands-on drift prediction tool. From the experiments as well as from the models, the fraction of small droplets and the spray boom height were found to be the most influential spray application factors. Moreover, meteorological conditions as well as crop characteristics have an important effect on the amount of spray drift, which can be reduced significantly using intercepting screens or buffer zones. From this study, drift protocols, data, and models are made available, which help to understand and reduce the complex phenomena of spray drift

Effects on pesticide spray drift of the physicochemical properties of the spray liquid

This research was on the effect of the physicochemical properties of the spray liquid on pesticide spray drift. Ten pesticide spray liquids with various physicochemical properties were selected for study. Some of these spray liquids were also examined with the addition of a polymer drift-retardant. In the first part, laboratory tests were performed to measure surface tension, viscosity, evaporation rate and density of the spray liquids. Subsequently, drift experiments were performed in a wind tunnel. From the results it was found that the dynamic surface tension is a major drift-determining factor, and also that the addition of a polymer drift-retardant can reduce drift significantly by increasing the viscosity. Drift reduction was found to be less effective with spray liquids of emulsifiable and suspendable formulation types than with spray liquids of water-dispersible granules and powders

3D Orchard Canopy Architectural Modelling for Use in Airflow and Drift Predictions

The current trend in studying the interaction of vegetation canopies with their environment and numerical prediction of drift is mainly based on porous media approaches. The methods involve several approximations and estimations that give the global effect of the canopies to airflow and drift without investigating the detailed local effects of the vegetation elements. These approaches also require precise estimation of certain parameters such as drag coefficient and leaf area density. To make some advances in the field and to address some of the above problems a new approach needed to be developed, where real canopy architecture was modelled and linked to a computational Fluid Dynamics (CFD) soft ware to model airflow through the canopies. This helped to investigate the real effects of the vegetation elements on atmospheric airflow which directly affects drift and drift prediction. In this work, 3D orchard canopy architecture was modelled using a combined discrete-continuous plant growth simulation model, which considered the phenomenological plant growing behaviour and the effect of temperature. Two canopy geometries were introduced into a fluid domain and the domain was meshed. Airflow around and through the canopy was simulated using the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k- turbulence model. The airflow simulation results agreed both quantitatively with wind tunnel validation experiment and qualitatively with previous works done in the area, ensuring the prospect of the architectural modelling for further application. It was also possible to show the detailed effects of canopy elements on airflow.status: publishe