Χρήση δικτύου μετεωρολογικών ραντάρ παρακολούθησης για την ταυτοποίηση μοτίβων μετανάστευσης της ορνιθοπανίδας σε μεγάλη χωρική κλίμακα

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 16:25, 19 Ιανουαρίου 2019

Εικόνα 1: Τοποθεσίες των ραντάρ τύπου WSR-88D στις ΗΠΑ. Τα τετράγωνα και οι τελείες υποδεικνύου σημεία με σταθμούς ραντάρ και τα τετράγωνα με 3ψήφιο κωδικό υποδεικνύουν ότι στο σημείο υπάρχει και μετεωρολογικός σταθμός.

thumb|right|Εικόνα 2: Απεικόνιση ανακλαστικότητα βάσης (πάνω) και ταχύτητα βάσης (κάτω) από ραντάρ τύπου WSR-88D στο Ντάλας του Τέξας. Η απόσταση μεταξύ των διαδοχικών κύκλων είναι 55.5 χλμ.

Εικόνα 3: Χάρτες μετανάστευσης στην περιοχή των ΗΠΑ για τις υψομετρικές κλάσεις 0-754, 18-1724.

Εικόνα 4: Χάρτες μετανάστευσης στην περιοχή των ΗΠΑ για τις υψομετρικές κλάσεις 431-2909 και 970-4309.

Εικόνα 5: Εποχιακά πρότυπα μετανάστευσης στο Ντάλας του Τέξας την άνοιξη του 2000.

Συγγραφείς

Gauthreaux A. S., Jr., Bersel G. C., van Blaricom D. (2003)

Εισαγωγή

Οι περισσότερες μελέτες της μετανάστευσης της ορνιθοπανίδας με ραντάρ περιορίζονταν στην παρακολούθηση περιοχών με ένα μόνο ραντάρ. Λίγες μελέτες εξέτασαν ταυτόχρονα την μετανάστευση με ραντάρ σε πολλαπλά σημεία, ενώ καμία μελέτη δεν χρησιμοποίησε δίκτυο ραντάρ παρακολούθησης για εντοπισμό, ποσοτικοποίηση και παρακολούθηση ταυτόχρονα της νυχτερινής μετανάστευσης κατά τη διάρκεια των περιόδων μετανάστευσης. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 140 μετεωρολογικά ραντάρ παρακολούθησης τύπου Doppler (W(weather) S(surveillance) R(radar) - 88(1988) D(Doppler)) για την παρακολούθηση των μοτίβων νυχτερινής μετανάστευσης της ορνιθοπανίδας την άνοιξη και το φθινόπωρο, στις ΗΠΑ, σε τοπική και εθνική κλίμακα (Εικόνα 1).

Τα ραντάρ τύπου WSR-88D καταγράφει σε ύψος από το ύψος της κεραίες έως 21 χλμ από το επίπεδο του εδάφους και σε μέγιστο εύρος 460 χλμ. Με κάθε παλμό του ραντάρ καταγράφονται τρία μεγέθη: η ανακλαστικότητα, η μέση ακτινική ταχύτητα και το φασματικό εύρος της ταχύτητας.

Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δύο προϊόντα εικόνας τύπου WSR-88D, η ανακλαστικότητα βάσης και η ταχύτητα βάσης (Εικόνα 2), για την ποσοτικοποίηση του αριθμού των πουλιών που μεταναστεύουν, της ταχύτητας πτήσης των μεταναστευτικών πουλιών και την κατεύθυνσης πτήσης. Η ανακλαστικότητα βάσης αντιπροσωπεύει την σχετική ανακλαστικότητα σε κάθε ένταση παλμού, ενώ η ταχύτητα βάσης τη μέση ακτινική ταχύτητα των στόχων. Τα στοιχεία που κατέγραψαν τα ραντάρ ήταν διαθέσιμα μέσω δορυφόρου σε τοπικό υπολογιστή συλλογής δεδομένων.

Για την ποσοτικοποίηση της νυχτερινής μετανάστευσης πουλιών, αναπτύχθηκε σύστημα διαλογής που αφαιρούσε τις απεικονίσεις ραντάρ μη βιολογικού περιεχομένου και αλγόριθμος που μείωνε το «νέφος» από βιολογικούς στόχους που δεν αφορούσαν μεταναστευτικά πουλιά. Ένας τρόπος προκειμένου να διαχωριστούν τα σήματα που παράγουν τα μεταναστευτικά πουλιά και αυτά που παράγονται από έντομα, νυχτερίδες, φωλιάζοντα πουλιά κ.α. είναι διαμέσου σύγκρισης της εδαφικής ταχύτητας των στόχων με την ταχύτητα του ανέμου. Συνήθως τα πουλιά πετούν με μεγαλύτερη ταχύτητα από ότι τα έντομα. Στη συνέχεια μέσω προγράμματος που μετατρέπει αρχεία κειμένου με ατμοσφαιρικά δεδομένα σε προϊόντα ταχύτητα βάσης του ανέμου, πραγματοποιήθηκε αντιπαράθεση των ταχυτήτων και κατευθύνσεων των στόχων με ατμοσφαιρικά δεδομένα ανέμου σε παρόμοιο υψόμετρο, αποκλείοντας με αυτόν τον τρόπο στόχους με παρόμοια με του ανέμου ταχύτητα (πιθανά έντομα), με αποτέλεσμα τα εναπομείναντα δεδομένα που ήταν πάνω από ένα όριο ακτινικής ταχύτητα να αναπαριστούν το πιο πιθανό, πτηνά. Στο ίδιο πρόγραμμα κατηγοριοποιήθηκαν τρεις υψομετρικές κλάσεις από το επίπεδο του εδάφους: 0-754, 18-1724, 431-2909 και 970-4309 m, για τη μέτρηση της ταχύτητας του στόχου.

Αποτελέσματα

Τα δεδομένα για την πυκνότητα μετανάστευσης, την κατεύθυνση κίνησης και την ταχύτητα κίνησης κάθε νύχτας από κάθε ραντάρ εισήχθησαν σε βάση δεδομένων και πραγματοποιήθηκε χαρτογράφηση με δεδομένα 5-ημερης μέσης πυκνότητας και μέσης κατεύθυνσης κίνησης για κάθε μία από τις τέσσερις υψομετρικές κλάσεις (Εικόνα 3). Από τους χάρτες αυτούς, συμπεραίνεται ότι η πυκνότητα μετανάστευσης είναι μεγαλύτερη στις κεντρικές και ανατολικές πολιτείες των ΗΠΑ με πυκνά «νέφη» μετανάστευσης από το κεντρικό Τέξας μέχρι τη Μινεσότα.

Η κορύφωση της μεταναστευτικής περιόδου παρατηρήθηκε μεταξύ τα μέσα Απριλίου και μέσα Μαϊου (Εικόνα 4), ενώ μεγαλύτερη αφθονία μετανάστευσης παρατηρήθηκε στις δύο χαμηλότερες υψομετρικές κλάσεις με την χαμηλότερη κλάση να παρουσιάζει τη μεγαλύτερη αφθονία (0-754) μεταναστών στην ατμόσφαιρα. Η από νύχτα σε νύχτα καταγραφές της πυκνότητας μετανάστευσης παρουσιάζει σημαντική διακύμανση με σαφή όμως εποχιακά πρότυπα σε όλες τις υψομετρικές κλάσεις. Επιπλέον, παρατηρήθηκαν συγκεκριμένα πρότυπα κατευθύνσεων της μετανάστευσης.

Συζήτηση

Η τεχνική που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή δεδομένων για την πυκνότητα και την υψομετρική κατανομή της μετανάστευσης των πτηνών και την κατεύθυνση και ταχύτητα των κινήσεών τους. Αποτελεί μία χρονοβόρα μέθοδο συλλογής και διαλογής του συνόλου των δεδομένων από τα ραντάρ και τους μετεωρολογικούς σταθμούς και την επεξεργασία με τους αλγορίθμους, αλλά τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν επιτάχυναν σημαντικά τη διαδικασία. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν για αυτή τη μελέτη έχουν περιθώρια βελτίωσης και γίνονται προσπάθειες για να επιτευχθεί αυτό. Σημαντικός περιορισμός στην παρούσα μελέτη ήταν η αδυναμία συλλογής δεδομένων από περιοχές με κατακρημνίσεις. Όταν η ακτινική ταχύτητα των πουλιών διαφέρει από αυτή των κατακρημνισμάτων, είναι δυνατό να διαχωριστούν, αλλά όσον αφορά τις μετρήσεις πυκνότητας από τις απεικονίσεις ανακλαστικότητας, υπάρχουν ακόμη περιορισμοί.Παρότι, είναι γνωστό ότι η βροχή περιορίζει την μετανάστευση των πουλιών υπάρχουν περιορισμένα δεδομένα για τις ποσότητες μετανάστευσης που πραγματοποιούνται κατά τη διάρκεια βροχής.

Ο αλγόριθμος που αφαιρεί τους στόχους με ταχύτητα κίνησης περίπου ίση με του ανέμου ή στόχους που πετούν προς ανορθόδοξες κατευθύνσεις δίνουν καλά αποτελέσματα, ωστόσο οι συνθήκες ανέμου αλλάζουν σημαντικά από τη στιγμή μέτρησης στους μετεωρολογικούς σταθμούς (μία φορά τη μέρα) μέχρι τη στιγμή ανίχνευσης των στόχων, με αποτέλεσμα να παράγονται αμφίβολα αποτελέσματα. Εάν η ταχύτητα του ανέμου μειωθεί μετά τη μέτρηση στο σταθμό, τότε ο αλγόριθμος είναι πιθανό να αφαιρέσει από τις μετρήσεις στόχους με χαμηλότερες ταχύτητες πτήσης και αντίστοιχα εάν η ταχύτητα του ανέμου αυξηθεί, είναι πιθανό ο αλγόριθμος να συμπεριλάβει στις μετρήσεις έντομα με αυξημένη ταχύτητα πτήσης. Τέτοια γεγονότα μπορούν γρήγορα να ανιχνευθούν με τη χρήση επιπλέον προϊόντων των ραντάρ WSR-88D.

Παρότι στο παρόν άρθρο παρουσιάστηκε ένα μοτίβο μετανάστευσης για περιόδο 5 ημερών, αυτό βρίσκεται σε γενική συμφωνία με τις τάσεις κατεύθυνσης της νυχτερινής ανοιξιάτικης μετανάστευσης.

Η χρήση του δικτύου ραντάρ τύπου WSR-88D για τη μελέτη των χωρικών και χρονικών προτύπων της μετανάστευσης της ορνιθοπανίδας σε επίπεδο ηπείρου δίνει τη δυνατότητα φια μακροπρόθεσμη παρακολούθηση των μοτίβων μετανάστευσης. Με αυτό τον τρόπο θα μπορούν να παρατηρηθούν αλλαγές από χρόνο σε χρόνο ως προς τις ποσότητες μετανάστευσης σε γεωγραφικές περιοχές και συσχέτιση αυτών με κλιματικές διακυμάνσεις ή άλλες πηγές πληθυσμιακής μείωσης. Παρομοίως, αλλαγές στις κατευθύνσεις της μετανάστευσης θα μπορούσαν να παρατηρηθούν. Συμπερασματικά, το δίκτυο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την μακροχρόνια παρακολούθηση των χαρακτηριστικών και την «υγείας» του μεταναστευτικού συστήματος στη Βόρειο Αμερική.

[1]