Φωτίζοντας την Αρκτική

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 19:36, 22 Ιανουαρίου 2025

Εικόνα 1. Ποιοτική και ποσοτική σύνθεση ειδών θαλασσοπουλιών κατά τις πολικές νύχτες 2012/2013 έως 2021/2022 στο Longyearbyen (άνω πίνακα). Η χρωματική κλίμακα αντιπροσωπεύει τη μέση ποσοστιαία σύνθεση, ενώ οι αριθμοί στα πλαίσια αντιπροσωπεύουν τον συνολικό αριθμό των ατόμων που παρατηρήθηκαν. Μεταβλητότητα περιβαλλοντικών παραμέτρων (θερμοκρασία αέρα, ένταση φωτός (ακτινοβολία) και παρουσία θαλάσσιου πάγου (DSI) κατά τις πολικές νύχτες που μελετήθηκαν (κάτω πλαίσιο).

Εικόνα 2. Η σχέση μεταξύ του δείκτη ποικιλότητας Shannon για τα θαλασσοπούλια και της έντασης φωτός (ακτινοβολία) στο Longyearbyen κατά τις πολικές νύχτες από το 2012/2013 έως το 2021/2022. Οι έγχρωμοι δείκτες στην πλοκή αντιπροσωπεύουν μεμονωμένους μήνες των πολικών νυχτών.

Εικόνα 3. Οι εντολές της Κανονικής Ανάλυσης Κύριων Συντεταγμένων (CAP) δείχνουν τις ομάδες δειγμάτων που παρέχουν την καλύτερη διάκριση με βάση τις ομοιότητες Bray-Curtis του ποσοστού των ειδών θαλασσοπουλιών μετά από μετασχηματισμό τετραγωνικής ρίζας arcsin. Κάθε φούσκα αντιπροσωπεύει μια συγκεκριμένη πολική νύχτα. Τα διανύσματα υποδεικνύουν τη συσχέτιση Pearson των περιβαλλοντικών δεικτών με τις συντεταγμένες διάταξης, με το μήκος του διανύσματος να αντιστοιχεί στην τιμή συσχέτισης. Το μέγεθος των κομματιών της φυσαλίδας αντιπροσωπεύει τα ποσοστά του Black Guillemot και του Little Auk στο σύνολο των θαλασσοπουλιών .

Αντικείμενο Εφαρμογής: Φωτίζοντας την Αρκτική: Αποκαλύπτοντας τις αντιδράσεις των θαλάσσιων πτηνών στο τεχνητό φως κατά τη διάρκεια του πολικού σκότους μέσω της επιστήμης των πολιτών και της τηλεπισκόπησης

Πρωτότυπος Τίτλος: 'Illuminating the Arctic: Unveiling seabird responses to artificial light during polar darkness through citizen science and remote sensing'

Συγγραφείς: Kaja Balazy, Dariusz Jakubas, Andrzej Kotarba, Katarzyna Wojczulanis-Jakubas

Πηγή: Remote Sensing in Ecology and Conservation, ZSL (1)

Περίληψη: Το τεχνητό φως τη νύχτα (ALAN) έχει παγκόσμιες επιπτώσεις στα ζώα, συχνά αρνητικές, ωστόσο οι επιπτώσεις του στις πολικές περιοχές παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητες. Αυτές οι περιοχές βιώνουν παρατεταμένο σκοτάδι κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας, ενώ η ανθρώπινη δραστηριότητα και ο τεχνητός φωτισμός αυξάνονται ραγδαία. Σε αυτή τη μελέτη, αναλύσαμε δεδομένα μιας δεκαετίας της επιστήμη των πολιτών σχετικά με εμφανίσεις ευαίσθητων στο φως θαλάσσιων πτηνών στο Longyearbyen, έναν οικισμό λιμένων στην υψηλή Αρκτική, για να εξετάσουμε τον αντίκτυπο των περιβαλλοντικών παραγόντων συμπεριλαμβανομένου του ALAN κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας. Η έρευνά μας ενσωμάτωσε δεδομένα τηλεπισκόπησης για τα επίπεδα νυχτερινών φώτων, την παρουσία θαλάσσιου πάγου και τις μετρήσεις της θερμοκρασίας του αέρα από τον τοπικό μετεωρολογικό σταθμό. Τα ευρήματά μας αποκαλύπτουν ότι το τεχνητό φως μπορεί δυνητικά να επηρεάσει την ποικιλομορφία των θαλάσσιων πτηνών σε αυτήν την περιοχή, με τη συνολική ποικιλομορφία να μειώνεται παράλληλα με την ένταση του φωτός. Ωστόσο, η σχέση μεταξύ του τεχνητού φωτός και της ποικιλότητας των θαλάσσιων πτηνών δεν ήταν ομοιόμορφα αρνητική. Μεμονωμένα είδη παρουσίασαν ποικίλες αποκρίσεις. Εντοπίσαμε επίσης μια συσχέτιση μεταξύ του τεχνητού φωτός και της θερμοκρασίας του αέρα, δίνοντας έμφαση στην πολυπλοκότητα των περιβαλλοντικών αλληλεπιδράσεων. Αυτή η μελέτη, η οποία συνδυάζει μοναδικά την επιστήμη των πολιτών με δεδομένα τηλεπισκόπησης, αντιπροσωπεύει την πρώτη προσπάθεια για συστηματική αξιολόγηση των επιπτώσεων του τεχνητού φωτισμού στα θαλασσοπούλια κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη δυνητική σημασία αυτού του ζητήματος για τη διατήρηση των θαλάσσιων πτηνών σε πολικές περιοχές.

Περιοχή μελέτης: Αυτή η μελέτη περιλαμβάνει αρχεία θαλάσσιων πτηνών από το Longyearbyen, τον πιο πυκνοκατοικημένο και αστικοποιημένο οικισμό του Spitsbergen, με περίπου 1750 κατοίκους και βρίσκεται στο Adventfjorden, ένα μικρό υδάτινο σώμα μήκους περίπου 7 km και πλάτους 4 km, που βρίσκεται στους πρόποδες του Longyearbyen και χρησιμεύει ως πλευρικός βραχίονας βορειοδυτικά προς νοτιοανατολικά του Isfjorden, του μεγαλύτερου συγκροτήματος φιόρδ στο δυτικό Spitsbergen. Το Longyearbyen βιώνει ένα μοναδικό κλίμα με υψηλό αρκτικό φως. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, ο ήλιος παραμένει κάτω από τον ορίζοντα για σχεδόν 4 μήνες, ενώ το καλοκαίρι, παραμένει πάνω από τον ορίζοντα για ίση διάρκεια. Η περίοδος από τον Νοέμβριο έως τον Φεβρουάριο αναφέρεται συχνά ως «σκοτεινή εποχή» λόγω του φαινομενικού σκότους. Ωστόσο, το πιο έντονο μέρος αυτής της σκοτεινής σεζόν εκτείνεται από τα μέσα Νοεμβρίου έως τα τέλη Ιανουαρίου. Στη μελέτη μας, εστιάσαμε συγκεκριμένα σε παρατηρήσεις από τον Δεκέμβριο και τον Ιανουάριο. Η σκοτεινή περίοδος στο Longyearbyen, ως βιομηχανικός οικισμός με ανθρακωρυχεία και λιμάνι, ξεχωρίζει ως η πιο εξέχουσα περιοχή φωτορύπανσης στο αρχιπέλαγος Svalbard. Αυτή η περιοχή μελέτης, που περιλαμβάνει τόσο αστικοποιημένες περιοχές όσο και άγριες, φυσικές περιοχές χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, χρησιμεύει ως εργαστήριο για την παρατήρηση των αντιδράσεων των θαλασσοπουλιών σε διάφορες συνθήκες φωτός και περιβάλλοντος.

Δεδομένα για θαλασσοπούλια: Τα αρχεία θαλάσσιων πτηνών στο Spitsbergen προέρχονται από την επιστημονική βάση δεδομένων των πολιτών https://www.artsobservasjoner.no/ . Οι παρατηρήσεις ειδών αναπτύσσονται και διατηρούνται από το Νορβηγικό Κέντρο Πληροφοριών για τη Βιοποικιλότητα για λογαριασμό του Νορβηγικού Υπουργείου Κλίματος και Περιβάλλοντος. Υποθέτουμε υψηλή ποιότητα των δεδομένων παρατήρησης πτηνών λόγω του εκτεταμένου διαθέσιμου σύνολου δεδομένων, τον περιορισμένο αριθμό παρατηρητών και τις λεπτομερείς πληροφορίες για τα πουλιά, συμπεριλαμβανομένης της ηλικίας και του φύλου. Επιπλέον, κάθε παρατήρηση αποδίδεται σε έναν συγκεκριμένο παρατηρητή, επιτρέποντας την επαλήθευση. Η περίοδος από τα τέλη Δεκέμβρη έως τις αρχές Ιανουάριου, αναφέρεται αργότερα στο χειρόγραφο ως «πολική νύχτα». Εξετάστηκαν μόνο συγκεκριμένες παρατηρήσεις πτηνών, που κατηγοριοποιήθηκαν ως αναζήτηση τροφής ή σταδιοποίηση, ενώ τα δεδομένα για άτομα που βρέθηκαν νεκρά αποκλείστηκαν. Οι παρατηρήσεις από μεμονωμένες ημέρες συγκεντρώθηκαν σε μηνιαίες παρατηρήσεις για κάθε είδος για να συγκριθούν με τις μηνιαίες μέσες τιμές ακτινοβολίας για την περιοχή μελέτης που προέρχονται από δεδομένα τηλεπισκόπησης.

Περιβαλλοντικές παράμετροι: Για κάθε εξεταζόμενο μήνα τα δεδομένα μέσης θερμοκρασίας του αέρα στην περιοχή Longyearbyen λήφθηκαν από τον ιστότοπο του Νορβηγικού Μετεωρολογικού Ινστιτούτου καθώς και για την παρουσία θαλάσσιου πάγου στο Adventfjorden, από ημερήσιους χάρτες πάγου που παρέχονται από το Νορβηγικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο. Οι χάρτες αυτοί είναι προϊόντα υψηλής ανάλυσης που δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας μια σειρά από δορυφορικές πηγές δεδομένων, με έμφαση στο ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR) και τις οπτικές εικόνες. Προσφέρουν λεπτομερείς πληροφορίες για τη συγκέντρωση θαλάσσιου πάγου και προσδιορίζουν περιοχές με γρήγορο πάγο. Σε αυτή τη μελέτη, κάθε ημερήσιος χάρτης πάγου από έναν δεδομένο μήνα (Δεκέμβριος, Ιανουάριος) σαρώθηκε και κατηγοριοποιήθηκε ως "O" για ανοιχτό νερό ή "I" για θαλάσσιο πάγο διαφόρων προελεύσεων στο φιόρδ. Ο τύπος/προέλευση του θαλάσσιου πάγου και η επιφάνειά του δεν ελήφθησαν υπόψη. Μόνο η παρουσία του ελήφθη υπόψη ως σημαντικός παράγοντας που μεταβάλλει τις συνθήκες αναζήτησης τροφής μέσα στο φιόρδ, παρέχοντας πρόσβαση σε διαφορετικούς τύπους θηραμάτων, όπως πανίδα που σχετίζεται με τον πάγο. Ο αριθμός των DSI στη συνέχεια μετρήθηκε και διαιρέθηκε με τον συνολικό αριθμό ημερών με διαθέσιμους χάρτες πάγου αυτόν τον μήνα, με αποτέλεσμα τον δείκτη DSI.

Ένταση φωτός: Η ένταση του νυχτερινού φωτός στο Longyearbyen μετριέται σε ακτινοβολίες (nW•cm −2 •sr −1 ) που καταγράφηκε από το όργανο Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) στον δορυφόρο Suomi National Polar-orbiting Partnership (SNPP). Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε ένα προϊόν SNPP που παρέχεται από τη NASA με την κωδική ονομασία «VNP46A3» .Αυτό το προϊόν προσφέρει μηνιαία σύνθετα νυχτερινά φώτα (NTL) χωρίς σύννεφα που προέρχονται από καθημερινές παρατηρήσεις NTL και μετριάζει τις ατμοσφαιρικές και σεληνιακές παρεμβολές στο NTL μέσω μιας αποκλειστικής διόρθωσης Λειτουργίας Διανομής Αντανάκλασης (BDRF) .Η χωρική ανάλυση των δεδομένων VNP46A3 είναι 15 δευτερόλεπτα τόξου, που ισοδυναμεί με περίπου 190 × 460 m στο γεωγραφικό πλάτος του Longyearbyen. Στη μελέτη, λήφθηκαν υπόψη μόνο η παρατήρηση VNP46A3 που ταξινομήθηκε με την υψηλότερη αξιοπιστία (η σημαία ποιότητας ορίστηκε σε «καλή»). Αυτές οι παρατηρήσεις συλλέχθηκαν σε συνθήκες χωρίς χιόνι χρησιμοποιώντας όλες τις πιθανές γωνίες σάρωσης VIIRS (παρατηρήσεις κοντά στο ναδίρ και εκτός ναδίρ), Η περιοχή μελέτης περιοριζόταν στην παράκτια ζώνη που εκτείνεται από τις προβλήτες στο λιμάνι μέχρι το αεροδρόμιο, καθώς αυτή η περιοχή είναι όπου παρατηρούνται συχνότερα θαλασσοπούλια και τροφοδοτούνται (Εικ. 1 ). Εξήχθησαν δεδομένα δορυφορικής έντασης φωτός για pixel με κέντρα που βρίσκονται εντός αυτής της παράκτιας ζώνης (Εικ. 1 ). Στη συνέχεια , η μέση μηνιαία ακτινοβολία για ολόκληρη την καθορισμένη περιοχή που περιγράφεται με κίτρινο χρώμα υπολογίστηκε και αξιολογήθηκε για κάθε μήνα (Ιανουάριος και Δεκέμβριος) από το 2012 έως το 2022. Αυτά τα δεδομένα στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση της χρονικής μεταβλητότητας συγκρίνοντάς την με τις υπό διερεύνηση υπόλοιπες περιβαλλοντικές παραμέτρους και δεδομένα θαλάσσιων πτηνών.

Στατιστικές αναλύσεις: Η μελέτη μας βασίζεται σε μηνιαίες παρατηρήσεις πτηνών, οι οποίες συγκρίθηκαν με τις μέσες μηνιαίες περιβαλλοντικές παραμέτρους . Ως αποτέλεσμα, από τους 20 μήνες Ιανουαρίου και Δεκεμβρίου που έλαβαν χώρα μεταξύ Δεκεμβρίου 2012 και Ιανουαρίου 2022, συμπεριλάβαμε 15 μήνες στην ανάλυσή μας για τους οποίους είχαμε ένα πλήρες σύνολο δεδομένων.

Μεθοδολογία: