Μια νέα προσέγγιση για τον εντοπισμό hotspots θαλάσσιων πτηνών μέσω ανίχνευσης χλωροφύλλης Α με τη χρήση τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 18:36, 9 Φεβρουαρίου 2022 (εμφάνιση κώδικα) M kakara (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες) (Νέα σελίδα με 'Category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός ''' Ανίχνευση των αλλαγών της κάλυψης γης και τω...') ← Προηγούμενη επεξεργασία		Παρούσα αναθεώρηση της 09:28, 10 Φεβρουαρίου 2022 (εμφάνιση κώδικα) M kakara (Συζήτηση | Συνεισφορές/Προσθήκες)
(3 ενδιάμεσες αναθεωρήσεις δεν εμφανίζονται.)
Γραμμή 1:		Γραμμή 1:
-	[[Category:Αστικός και περιφερειακός σχεδιασμός ]]	+	[[Category: Οικολογία ]]
-	''' Ανίχνευση των αλλαγών της κάλυψης γης και των αστικών θερμικών νησίδων στην πόλη Τάντα της Αιγύπτου '''	+	''' Μια νέα προσέγγιση για τον εντοπισμό hotspots θαλάσσιων πτηνών μέσω ανίχνευσης χλωροφύλλης Α με τη χρήση τηλεπισκόπησης '''
-	Change detection of land cover and urban heat islands using multi-temporal Landsat images, application in Tanta city, Egypt	+	New approach for using remotely sensed chrophyll a to identify seabird hotspots
-	'''Συγγραφείς:''' Hala Adel Effat, Lamyaa Gamal-ElDeen Taha, Kamel Fathi Mansour	+	'''Συγγραφείς:''' Robert M. Suryan, Jarrod A. Santora, William J. Sydeman
		+
		+	'''Πηγή:''' [[https://www.researchgate.net/publication/229905054_New_approach_for_using_remotely_sensed_chlorophyll_a_to_identify_seabird_hotspots]]
		+
		+	'''Abstract'''
		+
		+	Οι δορυφορικές εικόνες που απεικονίζουν την συγκέντρωση chlorophyll a (chl a) παρέχουν την μοναδική ολιστική προσέγγιση της παραγωγικότητας στα θαλάσσια οικοσυστήματα παγκοσμίως, ωστόσο, η χρησιμότητά του για την κατανόηση και την πρόβλεψη της κατανομής των αρπακτικών ανώτερου τροφικού επιπέδου παραμένει διφορούμενη. Η υπόθεση αυτής της μελέτης είναι πως οι τηλεπισκοπικές μετρήσεις της chl a μέσα σε μια δεκαετία μπορούν να προβλέψουν τις κινήσεις των θαλάσσιων πουλιών και την κατανομή τους, παρέχοντας πληροφορίες για τα «hotspots» . Προκειμένου να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση αναπτύχθηκε μια χρονικά και χωρικά σαφής μέτρηση διακύμανσης της chl a που δικαιολογεί μέχρι και διπλάσια διακύμανση (90%) στις κατανομές των θαλασσοπουλιών, σε σχέση με τον μέσο όρο των τιμών της chl a στο μοντέλο του Ρεύματος της Καλιφόρνια. H συγκεκριμένη μέτρηση διακύμανσης της chl a, δηλαδή η συχνότητα του δείκτη κορυφώσεων της χλωροφύλλης (FCPI), ποσοτικοποιεί την συχνότητα των ανωμαλιών στην chl a που ξεπερνά την τυπική απόκλιση 1 από τον μέσο όρο, σε σχέση με το χωρικό μοντέλο για το οικοσύστημα. Χρησιμοποιώντας την FCPI αναγνωρίστηκαν τοποθεσίες με υψηλή chl a, μια ανωμαλία που επιμένει ανάμεσα σε βιοτόπους που παρουσιάζουν σημαντική ετερογένεια από την Βρετανική Κολομβία στον Καναδά έως την Baja California στο Μεξικό.
-	'''Πηγή:''' [[https://www.researchgate.net/publication/273339097_Change_Detection_of_Land_cover_and_Urban_Heat_Islands_using_Multi-Temporal_Landsat_Images_application_in_Tanta_City_Egypt]]
	'''Εισαγωγή'''		'''Εισαγωγή'''
-	Η έντονη αστικοποίηση έχει ευεργετικές αλλά και δυσμενείς συνέπειες, που επηρεάζουν από περιβαλλοντική και κοινωνική σκοπιά τους κατοίκους των πόλεων. Οι στέγες και οι τοίχοι των πολυώροφων κτιρίων με πιο σκούρες επιφάνειες, οι χώροι στάθμευσης, οι δρόμοι και τα πεζοδρόμια που είναι κατασκευασμένα από άσφαλτο και σκυρόδεμα τείνουν να έχουν χαμηλό albedo. Αυτές οι σκούρες επιφάνειες χαμηλού albedo απορροφούν υψηλότερη ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας και την μετατρέπουν σε θερμική ενέργεια. Συνεπώς, συσσωρεύονται υπερβολικές ποσότητες θερμικής ενέργειας σε αυτά τα επίπεδα. Έτσι στις αστικές περιοχές σημειώνονται αυξημένες θερμοκρασίες σε σύγκριση με τις γύρω αγροτικές περιοχές. Όμως, αν και η διαφορά θερμοκρασίας δεν είναι μεγάλη, μπορεί να προκαλέσει αρκετά αξιοσημείωτα κοινωνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα στις αστικές περιοχές. Ο πυρήνας της πόλης γίνεται θερμότερος από την περιφέρειά της, σχηματίζοντας έτσι μια αστική θερμική νησίδα. Οι ερευνητές ορίζουν την αστική θερμική νησίδα ως το φαινόμενο που αφορά τη χαρακτηριστική ζεστασιά τόσο της ατμόσφαιρας όσο και των επιφανειών στις πόλεις σε σύγκριση με το περιβάλλον τους. Τα αυξημένα επίπεδα θερμοκρασίας και η ατμοσφαιρική ρύπανση, τα οποία είναι συνέπειες των αστικών θερμικών νησίδων έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Τέτοιες επιδράσεις είναι η γενική δυσφορία, τα αναπνευστικά προβλήματα, τα εγκεφαλικά επεισόδια και οι κράμπες, η εξάντληση και ακόμη και οι θάνατοι που σχετίζονται με τη θερμότητα.
-	Η τηλεπισκόπηση παρέχει μια οικονομική, αποδοτική και γρήγορη μεθοδολογία για την ανάλυση των χωρικά και χρονικά κατανεμημένων θερμοκρασιών της επιφάνειας της γης, δεδομένου ότι η κάλυψη των δορυφορικών εικόνων αφορά μεγάλη περιοχή. Τα τελευταία χρόνια οι τεχνικές τηλεπισκόπησης με υπέρυθρη ακτινοβολία (TIR) έχουν εφαρμοστεί σε περιβαλλοντικές μελέτες και μελέτες του κλίματος των πόλεων, κυρίως για την ανάλυση των προτύπων θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης (LST) και τη σχέση της με τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης. Εκτός από τις μετρήσεις των LST, αυτοί οι αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση δεδομένων εκπομπής διαφορετικών επιφανειών με ποικίλες αναλύσεις και ακρίβειες.
-	Περιοχή μελέτης: Η πόλη Τάντα είναι η πρωτεύουσα του Κυβερνείου El Gharbeya, είναι μέρος του Δέλτα του Νείλου και περιβάλλεται από καλλιεργημένες εύφορες εκτάσεις. Ο συνολικός πληθυσμός της πόλης είναι 429.000 κάτοικοι. Με το υψηλό ποσοστό αστικοποίησης που την χαρακτηρίζει, η κάλυψη της βλάστησης μειώνεται γρήγορα και αντικαθίσταται από ψηλά κτίρια, δρόμους, χώρους στάθμευσης, πεζοδρόμια και άλλες κατασκευές, ενώ η υψηλή συγκέντρωση οχημάτων στην περιοχή συμβάλλει στην εκπομπή θερμότητας και αερίων ρύπων. Η χαμηλότερη θερμοκρασία του αέρα καταγράφεται τον Ιανουάριο, κατά μέσο όρο 18° C και υψηλότερη θερμοκρασία τον Ιούλιο, κατά μέσο όρο 33 ° C.	+	Η δορυφορική τηλεπισκόπηση είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την μέτρηση, παρακολούθηση και εκτίμηση της ποιότητας και ποσότητας των βιολογικών πόρων (Hardman-Mountford et al.,2008). Αν και η πρωτογενής παραγωγικότητα μπορεί να εξαχθεί από δορυφορικά δεδομένα η αναγωγή αυτών των δεδομένων σε δευτερογενή ή τριτογενή παραγωγικότητα ή o καθορισμός των χωρικών και χρονικών διακυμάνσεων της βιολογικής δραστηριότητας, από αυτά τα δεδομένα, έχει οδηγήσει σε ανάμικτα δεδομένα (Worm et al.2005, Block et al.,2011). Σε αυτήν την κατεύθυνση ο σκοπός ήταν ο σχεδιασμός και η εφαρμογή μιας μέτρησης, μεγάλης κλίμακας, για την πρωτογενή παραγωγικότητα μέσα στο Σύστημα του Ρεύματος της Καλιφόρνια (CCS) που μπορεί να καθορίζει περιοχές με αυξημένη τροφική μεταφορά και συνεπώς σχετίζεται με ανώτερους θαλάσσιους θηρευτές. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από έρευνες πλοιαρίων για παρακολουθήσεις πληθυσμών θαλασσοπουλιών σε δυο διαφορετικές περιοχές και χρονικές περιόδους. Επίσης έγινε παρακολούθηση μέσω δορυφόρου του είδους Phoebastria albatrus, που συναντάται στο μεγαλύτερο μέρος του CCS, ως μοντέλο για δυνητικές σχέσεις καταναλωτή με την νέα μέτρηση chl a.
-	'''Μεθοδολογία'''	+	'''Υλικά και Μέθοδοι'''
-	*Χαρτογράφηση της Αστικής Ανάπτυξης μεταξύ 1984 και 2013	+
-	Η περιοχή που ερευνάται καλύπτεται κυρίως από καλλιεργούμενες εκτάσεις και αστικές περιοχές που εξαπλώνονται και καταπατούν την αρόσιμη γη. Η μελέτη διεξάγεται κατά τη θερινή περίοδο, τα περισσότερα από τα χωράφια καλλιεργούνται με δέντρα και καλλιέργειες ενώ δεν εμφανίστηκαν έρημοι ή γυμνά εδάφη στις εικόνες Landsat. Οι εικόνες που αποκτήθηκαν ήταν όλες καθαρές χωρίς σύννεφα, λόγω των ξηρών καλοκαιρινών πρωινών (7:00-8:00 π.μ.). Ακολουθήθηκε εποπτευόμενη ταξινόμηση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας και εντοπίστηκαν τρεις κατηγορίες κάλυψης γης, συμπεριλαμβανομένων των καλλιεργούμενων εκτάσεων, των υδατικών όγκων και των αστικών περιοχών. Η συνολική ακρίβεια των πέντε ετών ταξινομήσεων ήταν 86.10%, 89.83%, 91.22% , 93.62 και 95,64% αντίστοιχα. Ο συντελεστής Kappa των πενταετών ταξινομήσεων είναι 0.81, 0.83, 0.86, 0.89 και 0.91 αντίστοιχα.	+	Το CCS είναι ένα υψηλά παραγωγικό παραγωγικό σύστημα ρεύματος στον Βόρειο Ειρηνικό Ωκεανό και είναι καλά μελετημένο μέσω τηλεπισκόπησης. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα 9 χρόνων σε μηνιαία βάση από Ιανουάριο του 1998 μέχρι Δεκέμβριο του 2006, για την συγκέντρωση chl a από το SeaWiFS ((http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/ SeaWiFS) για τον χαρακτηρισμό της πρωτογενούς παραγωγικότητας και της ανθεκτικότητας της χλωροφύλλης. Για την κατανομή των πληθυσμών των ψαροπουλιών χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από δυο περιοχές του CCS, τον κόλπο Farallones (GOF) στις ακτές τις κεντρικής Καλιφόρνια κατά τον Μάιο-Ιούνιο και τον νότιο κολπίσκο της Καλιφόρνια (SCB) τον Μάρτιο-Απρίλιο και τον Ιούλιο-Αύγουστο (Εικόνα 1). Χρησιμοποιήθηκαν γενικευμένα προστιθέμενα μοντέλα (GAM) για την ποσοτικοποίηση των ομοιοτήτων και των διαφορών στα χωρικά πρότυπα για τον συνολικό μέσο της chl a (για όλους τους μήνες) και FCPI. Ανεξάρτητη μοντελοποίηση των σχέσεων του μέσου chl a και FCPI σε σχέση με το βάθος του ωκεανού (m), την κλίση (μοίρες), τις χωρικές συντεταγμένες (γεωγραφικό μήκος και πλάτος). [[Αρχείο:h1.png|200px|thumb|left|Eικόνα 1: Κατανομή θαλασσοπουλιών (νούμερο ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο) μέσα στον κόλπο Farallones (GOF) και στoν Νοτιότερο κόλπο της Καλιφόρνια]]
-	*Θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους	+
-	Οι θερμοκρασίες της επιφάνειας της γης προήλθαν από γεωμετρικά διορθωμένες εικόνες. Εφαρμόστηκε μια απλή μέθοδος για την ανάκτηση των εκπομπών της επιφάνειας της γης (LSE) με βάση τον δείκτη βλάστησης (NDVI) εφαρμόζωντας τη μέθοδο NDVI Thresholds.	+
-	*Αστική θερμική νησίδα	+
-	Οι αστικές θερμικές νησίδες είναι επίμονες ζώνες όπου σημειώνονται θερμοκρασίες επιφάνειας εδάφους πάνω από το μέσο όρο. Η ένταση του φαινομένου ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της μέσης θερμοκρασίας τους και της θερμοκρασίας των αγροτικών περιοχών.	+
-	*Ανάλυση παλινδρόμησης	+
-	Μελετήθηκε η σχέση μεταξύ της εξαρτημένης μεταβλητής (θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους) και της κατηγορίας χρήσης γης/ κάλυψης γης. Η σχέση μελετήθηκε για κάθε μια από τις εικόνες της περιόδου 1984-2013 που ερευνάται.	+
-	Ποσοστό κατοικημένων περιοχών σε τμήματα:	+
-	Ένας κύριος λόγος για τις διαφορές θερμοκρασίας της επιφάνειας μεταξύ αγροτικών και αστικών περιοχών είναι η επίδραση της γεωμετρίας του κτιρίου στις ακτινοβολούμενες ροές. Οι περισσότερες από τις αιγυπτιακές πόλεις έχουν υψηλή πυκνότητα δόμησης, όπως και στην περιοχή μελέτης. Το δομημένων περιοχών υπολογίστηκε για κάθε τμήμα.	+
-	Ποσοστό πράσινων περιοχών :	+
-	Οι σχέσεις μεταξύ θερμοκρασίας και βλάστησης διερευνήθηκαν σε προγενέστερες μελέτες συχνά χρησιμοποιώντας τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης. Το ποσοστό της πράσινης περιοχής υπολογίστηκε για κάθε τμήμα.	+
-	[[Αρχείο:γ2 (2).png|200px|thumb|left|Εικόνα 2: Διάγραμμα ροής της εφαρμοζόμενης μεθοδολογίας]]	+
	'''Αποτελέσματα'''		'''Αποτελέσματα'''
-	*Χαρτογράφηση της Αστικής Ανάπτυξης μεταξύ 1984 και 2013	+
-	Η εικόνα Landsat TM ταξινομήθηκε με χρήση εποπτευόμενης ταξινόμησης και προέκυψαν τρείς κατηγορίες, αστικές και καλλιεργούμενες εκτάσεις και υδατικές μάζες. Ο συντελεστής Kappa του αποτελέσματος ταξινόμησης είναι 0,81 και η ακρίβεια των δεδομένων ικανοποιητική. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από υψηλή δόμηση, στενούς δρόμους,ανεπαρκείς μέθοδοι επεξεργασίας στερεών αποβλήτων και έλλειψη χώρων πρασίνου προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης και αλλαγή στο αστικό μικροκλίμα. Στον πίνακα 3 φαίνονται και οι αλλαγές στις χρήσεις/καλύψεις γής κατα την περίοδο 1984-2013.	+	Για την περιοχή GOF (εικόνα 4), διαπιστώθηκαν υψηλές μέσες συγκεντρώσεις chl a (για όλους τους μήνες) στην υφαλοκρηπίδα δυτικά του κόλπου του Σαν Φρανσίσκο και του κόλπου Monterey, βόρεια του σημείου Pinos. Αντίθετα οι κατανομές των θαλασσοπουλιών γενικά παρουσίαζαν μέγιστο δυτικά από αυτές τις περιοχές (Εικόνα 4 Α). Aναλύσεις σε όλο το μήκος του ρεύματος της Καλιφόρνια έδειξε πρότυπα αυξημένης chl a κατά μήκος της υφαλοκρηπίδας με κλιμακούμενη μείωση μακριά από τις ακτές και σημαντική μείωση στα 200 μέτρα από την ακτογραμμή (Εικόνα 7). Επιπλέον συγκεκριμένες περιοχές που είναι γνωστές για την σημαντική παρουσία μεσαίων και ανώτερων καταναλωτών έδειξαν μικρότερες chl a τιμές σε σχέση με τις γειτονικές περιοχές. Aκόμα η FCPI ήταν ανάλογη με υψηλές συγκεντρώσεις πληθυσμών θαλασσοπουλιών σε κάποιες περιοχές χωρίς διακριτά γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, όπως η εξωτερική υφαλοκρηπίδα στα βόρεια του κόλπου του Monterey. [[Αρχείο:h4.png|200px|thumb|left|Eικόνα 4A: Δορυφορικές συγκεντρώσεις της μέσης chl a συγκεντρώσεις σε σχέση με τον δείκτη κορυφώσεων chl a (FCPI) για την πρόβλεψη της κατανομής των θαλασσοπουλιών]][[Αρχείο:h7.png|200px|thumb|right|Εικόνα 7: (A,C,E) μέση chl a συγκέντρωση και (B,D,F) επιμονή chl a για το σύστημα του ρεύματος της Καλιφόρνια (1998-2006).(Α-Β) Νότιος Καναδάς με Νότιο Όρεγκον,(C-D) Νότιο Όρεγκον με Νότια-Κεντρική ακτή Καλιφόρνιας και (Ε-F) Νότια-κεντρική Καλιφρόνια με Βόρειο-Κεντρικό Μεξικό. Τα χρώματα βάθους δηλώνουν τα ισοβαθή 200 μέτρων (ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα) και των 3000 μέτρων (σύνορο της ηπειρωτικής κλίσης και των ωκεανικών νερών)]]
-	[[Αρχείο:γ3 (2).png|200px|thumb|right|Πίνακας 3: Αλλαγές στις χρήσεις/καλύψεις γής.]]	+
-	*Ερμηνεία των χαρτών θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους	+	'''Συζήτηση'''
-	Τα αποτελέσματα των εικόνων με τις θερμοκρασίες της επιφάνειας γης ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας την τυπική απόκλιση. Η σύγκριση τον αποτελεσμάτων για τις θερμοκρασίες της επιφάνεις της γής κατα τη περίοδο 1984-2013 φαίνεται στον πίνακα 4. Η ανάλυση παλινδρόμησης έδειξε μια αρνητική συσχέτιση μεταξύ του ποσοστού των πράσινων περιοχών και θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης. Από την παραπάνω ανάλυση, θα μπορούσε να βγεί το συμπέρασμα ότι η χρήση γης /κάλυψη γης επηρεάζει τις κατανομές των αστικών θερμικών νησίδων.	+
-	[[Αρχείο:γ4 (2).png|200px|thumb|left|Πίνακας 4: Στατιστικά στοιχεία θερμοκρασιών επιφάνειας εδάφους απο εικόνες Landsat.]]	+	Στην παρούσα μελέτη εξήχθησαν χάρτες για την μεταβλητότητα της χλωροφύλλης υπογραμμίζοντας που η συχνότητα της chl φτάνει στα μέγιστα επίπεδα, σε κλίμακα οικοσυστήματος, στο ρεύμα της Καλιφόρνια. Η FCPI έδειξε σημαντικά διαφορετικά μοτίβα από την μέση chl a σε όλο το CCS σε σχέση με το βάθος του νερού και την απόσταση από την ακτή. Η μεγαλύτερη διαφορά σημειώνεται ανάμεσα στις μεγαλύτερες FCPI τιμές στην μέση προς εξωτερική υφαλοκρηπίδα σε σχέση με τις μεγαλύτερες τιμές chl a στην εσωτερική υφαλοκρηπίδα. Η FCPI είναι καλύτερος δείκτης πρόβλεψης για τις κατανομές των θαλασσοπουλιών και τις κινήσεις τους σε σχέση με την μέση τιμή chl a. Oι κλιματολογικοί χάρτες για την μέση chl a ανταποκρίνονται καλά σε μοντελοποιήσεις για 16 είδη θαλασσοπουλιών σε όλη την Καλιφόρνια. Συνεπώς οι ερευνητές καταλήγουν πως το FCPI ενσωματώνει την χωρική και χρονική μεταβλητότητα στα κατώτερα και μεσαία τροφικά επίπεδα που είναι σημαντικά για τις παραγωγικές περιοχές και την μεταφορά ενέργειας στους θηρευτές όπως τα θαλασσοπούλια.
	'''Συμπεράσματα'''		'''Συμπεράσματα'''
-	Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η δομημένη περιοχή έχει επεκταθεί δραματικά σε βάρος των καλλιεργούμενων περιοχών, προκαλώντας τεράστιες αλλαγές στην περιοχή μελέτης. Προκειμένου να εφαρμοστούν μέτρα για τον μετριασμό του σχηματισμού αστικών θερμικών νησίδων, είναι σημαντικό να προσδιοριστεί η κατανομή της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης στις αστικές περιοχές και να προσδιοριστούν οι περιοχές με μη φυσιολογικά υψηλές θερμοκρασίες. Τέτοιες μελέτες είναι πολύ χρήσιμες σε πόλεις που χαρακτηρίζονται από ξηρό κλίμα. Η χρήση τηλεπισκόπησης παρέχει μια χρονικά και οικονομικά αποδοτική μεθοδολογία για την ανάλυση αυτή.	+
		+	Πολλοί οικολογικοί παράγοντες μπορεί να επηρεάσουν την αφθονία και την ποικιλία που συνδέονται με ένα συγκεκριμένο hotspot πρωτογενούς παραγωγικότητας. Έτσι παρόλο που τα δεδομένα αυτής της μελέτης έδειξαν ξεκάθαρες συσχετίσεις μεταξύ του δείκτη κορυφώσεων της χλωροφύλλης (FCPI) και κάποιων θηρευτών ανώτερου επιπέδου στο ρεύμα της Καλιφόρνια, η πρόβλεψη της κατανομής των θηρευτών από αυτήν την σχετικά απλή μέτρηση της δομής των οικοσυστημάτων απαιτεί επιπλέον μελέτες. Επιπλέον, αν και η FCPI μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα, μπορεί να είναι περισσότερο χρήσιμη ως ένα από τα πολλά επίπεδα σε μοντέλα καταλληλότητας ενδιαιτήματος. Έτσι διαπιστώθηε πως η εξαγωγή της μέγιστης chl a και όχι μόνο η μέση chl a είναι ένας αξιόπιστος δείκτης πρόβλεψης των κατανομών των θαλασσοπουλιών στο Σύστημα του Ρεύματος της Καλιφόρνιας (CCS). Η μελέτη αυτή, εν κατακλείδι, εστιάζει στην ανάγκη για επιπλέν έρευνα της χρήσης των δεδομένων τηλεπισκόπησης για τα είδη υπό εξαφάνιση και την διαχείριση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων στο ρεύμα της Καλιφόρνιας και σε άλλα θαλάσσια οικοσυστήματα παγκοσμίως.

---

Παρούσα αναθεώρηση της 09:28, 10 Φεβρουαρίου 2022

Μια νέα προσέγγιση για τον εντοπισμό hotspots θαλάσσιων πτηνών μέσω ανίχνευσης χλωροφύλλης Α με τη χρήση τηλεπισκόπησης

New approach for using remotely sensed chrophyll a to identify seabird hotspots

Συγγραφείς: Robert M. Suryan, Jarrod A. Santora, William J. Sydeman

Πηγή: [[1]]

Abstract

Οι δορυφορικές εικόνες που απεικονίζουν την συγκέντρωση chlorophyll a (chl a) παρέχουν την μοναδική ολιστική προσέγγιση της παραγωγικότητας στα θαλάσσια οικοσυστήματα παγκοσμίως, ωστόσο, η χρησιμότητά του για την κατανόηση και την πρόβλεψη της κατανομής των αρπακτικών ανώτερου τροφικού επιπέδου παραμένει διφορούμενη. Η υπόθεση αυτής της μελέτης είναι πως οι τηλεπισκοπικές μετρήσεις της chl a μέσα σε μια δεκαετία μπορούν να προβλέψουν τις κινήσεις των θαλάσσιων πουλιών και την κατανομή τους, παρέχοντας πληροφορίες για τα «hotspots» . Προκειμένου να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση αναπτύχθηκε μια χρονικά και χωρικά σαφής μέτρηση διακύμανσης της chl a που δικαιολογεί μέχρι και διπλάσια διακύμανση (90%) στις κατανομές των θαλασσοπουλιών, σε σχέση με τον μέσο όρο των τιμών της chl a στο μοντέλο του Ρεύματος της Καλιφόρνια. H συγκεκριμένη μέτρηση διακύμανσης της chl a, δηλαδή η συχνότητα του δείκτη κορυφώσεων της χλωροφύλλης (FCPI), ποσοτικοποιεί την συχνότητα των ανωμαλιών στην chl a που ξεπερνά την τυπική απόκλιση 1 από τον μέσο όρο, σε σχέση με το χωρικό μοντέλο για το οικοσύστημα. Χρησιμοποιώντας την FCPI αναγνωρίστηκαν τοποθεσίες με υψηλή chl a, μια ανωμαλία που επιμένει ανάμεσα σε βιοτόπους που παρουσιάζουν σημαντική ετερογένεια από την Βρετανική Κολομβία στον Καναδά έως την Baja California στο Μεξικό.

Εισαγωγή

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την μέτρηση, παρακολούθηση και εκτίμηση της ποιότητας και ποσότητας των βιολογικών πόρων (Hardman-Mountford et al.,2008). Αν και η πρωτογενής παραγωγικότητα μπορεί να εξαχθεί από δορυφορικά δεδομένα η αναγωγή αυτών των δεδομένων σε δευτερογενή ή τριτογενή παραγωγικότητα ή o καθορισμός των χωρικών και χρονικών διακυμάνσεων της βιολογικής δραστηριότητας, από αυτά τα δεδομένα, έχει οδηγήσει σε ανάμικτα δεδομένα (Worm et al.2005, Block et al.,2011). Σε αυτήν την κατεύθυνση ο σκοπός ήταν ο σχεδιασμός και η εφαρμογή μιας μέτρησης, μεγάλης κλίμακας, για την πρωτογενή παραγωγικότητα μέσα στο Σύστημα του Ρεύματος της Καλιφόρνια (CCS) που μπορεί να καθορίζει περιοχές με αυξημένη τροφική μεταφορά και συνεπώς σχετίζεται με ανώτερους θαλάσσιους θηρευτές. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από έρευνες πλοιαρίων για παρακολουθήσεις πληθυσμών θαλασσοπουλιών σε δυο διαφορετικές περιοχές και χρονικές περιόδους. Επίσης έγινε παρακολούθηση μέσω δορυφόρου του είδους Phoebastria albatrus, που συναντάται στο μεγαλύτερο μέρος του CCS, ως μοντέλο για δυνητικές σχέσεις καταναλωτή με την νέα μέτρηση chl a.

Υλικά και Μέθοδοι

Το CCS είναι ένα υψηλά παραγωγικό παραγωγικό σύστημα ρεύματος στον Βόρειο Ειρηνικό Ωκεανό και είναι καλά μελετημένο μέσω τηλεπισκόπησης. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα 9 χρόνων σε μηνιαία βάση από Ιανουάριο του 1998 μέχρι Δεκέμβριο του 2006, για την συγκέντρωση chl a από το SeaWiFS ((http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/ SeaWiFS) για τον χαρακτηρισμό της πρωτογενούς παραγωγικότητας και της ανθεκτικότητας της χλωροφύλλης. Για την κατανομή των πληθυσμών των ψαροπουλιών χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από δυο περιοχές του CCS, τον κόλπο Farallones (GOF) στις ακτές τις κεντρικής Καλιφόρνια κατά τον Μάιο-Ιούνιο και τον νότιο κολπίσκο της Καλιφόρνια (SCB) τον Μάρτιο-Απρίλιο και τον Ιούλιο-Αύγουστο (Εικόνα 1). Χρησιμοποιήθηκαν γενικευμένα προστιθέμενα μοντέλα (GAM) για την ποσοτικοποίηση των ομοιοτήτων και των διαφορών στα χωρικά πρότυπα για τον συνολικό μέσο της chl a (για όλους τους μήνες) και FCPI. Ανεξάρτητη μοντελοποίηση των σχέσεων του μέσου chl a και FCPI σε σχέση με το βάθος του ωκεανού (m), την κλίση (μοίρες), τις χωρικές συντεταγμένες (γεωγραφικό μήκος και πλάτος).

Αποτελέσματα

Για την περιοχή GOF (εικόνα 4), διαπιστώθηκαν υψηλές μέσες συγκεντρώσεις chl a (για όλους τους μήνες) στην υφαλοκρηπίδα δυτικά του κόλπου του Σαν Φρανσίσκο και του κόλπου Monterey, βόρεια του σημείου Pinos. Αντίθετα οι κατανομές των θαλασσοπουλιών γενικά παρουσίαζαν μέγιστο δυτικά από αυτές τις περιοχές (Εικόνα 4 Α). Aναλύσεις σε όλο το μήκος του ρεύματος της Καλιφόρνια έδειξε πρότυπα αυξημένης chl a κατά μήκος της υφαλοκρηπίδας με κλιμακούμενη μείωση μακριά από τις ακτές και σημαντική μείωση στα 200 μέτρα από την ακτογραμμή (Εικόνα 7). Επιπλέον συγκεκριμένες περιοχές που είναι γνωστές για την σημαντική παρουσία μεσαίων και ανώτερων καταναλωτών έδειξαν μικρότερες chl a τιμές σε σχέση με τις γειτονικές περιοχές. Aκόμα η FCPI ήταν ανάλογη με υψηλές συγκεντρώσεις πληθυσμών θαλασσοπουλιών σε κάποιες περιοχές χωρίς διακριτά γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, όπως η εξωτερική υφαλοκρηπίδα στα βόρεια του κόλπου του Monterey.

Συζήτηση

Στην παρούσα μελέτη εξήχθησαν χάρτες για την μεταβλητότητα της χλωροφύλλης υπογραμμίζοντας που η συχνότητα της chl φτάνει στα μέγιστα επίπεδα, σε κλίμακα οικοσυστήματος, στο ρεύμα της Καλιφόρνια. Η FCPI έδειξε σημαντικά διαφορετικά μοτίβα από την μέση chl a σε όλο το CCS σε σχέση με το βάθος του νερού και την απόσταση από την ακτή. Η μεγαλύτερη διαφορά σημειώνεται ανάμεσα στις μεγαλύτερες FCPI τιμές στην μέση προς εξωτερική υφαλοκρηπίδα σε σχέση με τις μεγαλύτερες τιμές chl a στην εσωτερική υφαλοκρηπίδα. Η FCPI είναι καλύτερος δείκτης πρόβλεψης για τις κατανομές των θαλασσοπουλιών και τις κινήσεις τους σε σχέση με την μέση τιμή chl a. Oι κλιματολογικοί χάρτες για την μέση chl a ανταποκρίνονται καλά σε μοντελοποιήσεις για 16 είδη θαλασσοπουλιών σε όλη την Καλιφόρνια. Συνεπώς οι ερευνητές καταλήγουν πως το FCPI ενσωματώνει την χωρική και χρονική μεταβλητότητα στα κατώτερα και μεσαία τροφικά επίπεδα που είναι σημαντικά για τις παραγωγικές περιοχές και την μεταφορά ενέργειας στους θηρευτές όπως τα θαλασσοπούλια.

Συμπεράσματα

Πολλοί οικολογικοί παράγοντες μπορεί να επηρεάσουν την αφθονία και την ποικιλία που συνδέονται με ένα συγκεκριμένο hotspot πρωτογενούς παραγωγικότητας. Έτσι παρόλο που τα δεδομένα αυτής της μελέτης έδειξαν ξεκάθαρες συσχετίσεις μεταξύ του δείκτη κορυφώσεων της χλωροφύλλης (FCPI) και κάποιων θηρευτών ανώτερου επιπέδου στο ρεύμα της Καλιφόρνια, η πρόβλεψη της κατανομής των θηρευτών από αυτήν την σχετικά απλή μέτρηση της δομής των οικοσυστημάτων απαιτεί επιπλέον μελέτες. Επιπλέον, αν και η FCPI μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα, μπορεί να είναι περισσότερο χρήσιμη ως ένα από τα πολλά επίπεδα σε μοντέλα καταλληλότητας ενδιαιτήματος. Έτσι διαπιστώθηε πως η εξαγωγή της μέγιστης chl a και όχι μόνο η μέση chl a είναι ένας αξιόπιστος δείκτης πρόβλεψης των κατανομών των θαλασσοπουλιών στο Σύστημα του Ρεύματος της Καλιφόρνιας (CCS). Η μελέτη αυτή, εν κατακλείδι, εστιάζει στην ανάγκη για επιπλέν έρευνα της χρήσης των δεδομένων τηλεπισκόπησης για τα είδη υπό εξαφάνιση και την διαχείριση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων στο ρεύμα της Καλιφόρνιας και σε άλλα θαλάσσια οικοσυστήματα παγκοσμίως.