Εποχιακές μετακινήσεις και βιότοπος του ιαπωνικού Κοινού Καλαμαριού (Todarodes pacificus) από μοντέλα διασποράς του είδους με χρήση δορυφόρου.
Από RemoteSensing Wiki
Εισαγωγή
Το κοινό ιαπωνικό καλαμάρι (Todarodes pacificus) είναι ένας από τους πιο σημαντικούς στην οικονομία θαλάσσιος πόρος στη Θάλασσα της Ιαπωνίας. Στην Ιαπωνία, τα αλιεύματα του συγκεκριμένου είδους αποτελούν περίπου το 56% των συνολικών αλιευμάτων κεφαλόποδων. Είναι επίσης ένα αλίευμα που εμπορεύεται σε μεγάλη κλίμακα η Κορέα και η Κίνα. Η εκτιμώμενη στιγμιαία βιομάζα του Τ. pacificus είναι 2-5 εκατομμύρια τόνους. Από οικολογική σκοπιά, το ιαπωνικό κοινό καλαμάρι διαδραματίζει έναν κρίσιμο ρόλο στο δίκτυο θαλάσσιας τροφής, που χρησιμεύει ως σημαντική λεία για πολλά θαλάσσια σπονδυλωτά. Εδώ, εξετάσαμε τις πιθανές κατανομές των βιοτόπων των ιαπωνικών κοινών καλαμαριών (Todarodes pacificus) στη Θάλασσα της Ιαπωνίας κατά τη διάρκεια μιας περιόδου τεσσάρων ετών.
Περιοχή Μελέτης
Η Θάλασσα της Ιαπωνίας είναι μια ημίκλειστη θάλασσα στον δυτικό Βόρειο Ειρηνικό, με έκταση περίπου 1 × 106 km2, γεωγραφικά οριοθετείται από χερσονήσου της Ιαπωνίας, το νησί Sakhalin και την ηπειρωτική Ασία (Εικόνα 1Α). Η θάλασσα επιπλέον θεωρείται ως μια μικρογραφία των ωκεανών λόγω των ωκεάνιων χαρακτηριστικών της, συμπεριλαμβανομένων των κυκλώνων σε επίπεδο λεκάνης απορροής, μέσης κλίμακας δίνες, υπο-πολικό μέτωπο και κυκλοφορία της θερμότητας. Η λεκάνη χωρίζεται από το υπο-πολικό μέτωπο σε κρύα και ζεστά υποαρκτικά και υποτροπικά νερά, αντίστοιχα. Το θερμό ρεύμα Tsushima (TWC) μεταφέρει ζεστό, αλατούχα νερά στη Θάλασσα της Ιαπωνίας από τα στενά της Κορέας. Το TWC περαιτέρω διακλαδίζεται προς τα έξω στο θερμό ρεύμα της Ανατολικής Κορέας και προς το ρεύμα Tsushima που βρίσκεται κοντά στην ακτή. Στα βόρεια του πολικού μετώπου, τα κρύα ρεύματα Liman και της Βόρειας Κορέας μεταφέρουν κρύα και λιγότερο αλμυρά ύδατα νότια κατά μήκος των ακτών (Εικόνα 1Α). Η πολύπλοκη φυσική δυναμική της Θάλασσας της Ιαπωνίας, κατά συνέπεια, δημιουργεί μια ποικιλία οικοτόπων για τις θαλάσσιες κοινότητες. Έτσι, η περιοχή αυτή αποτελεί ένα σημαντικό μεγάλο θαλάσσιο οικοσύστημα που υποστηρίζει εμπόριο πολύτιμων αλιευτικών πόρων, συμπεριλαμβανομένου του ιαπωνικού κοινού καλαμαριού. Οι τόποι αναπαραγωγής και οι οδοί μετανάστευσης των εποχιακών ομάδων των καλαμαριών στη Θάλασσα της Ιαπωνίας και στην Ανατολική Θάλασσα της Κίνας, καθώς και στο δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό, φαίνεται στην Εικόνα 1Β.
Εντοπισμός καλαμαριών με χρήση δορυφορικών εικόνων
Οι θέσεις αλίευσης των καλαμαριών εντοπίστηκαν από τις νυκτερινές ορατές εικόνες που παρέχονται και συμπληρώνονται από τον NOAA Defense Meteorological Satellite Program/ Operational Linescan System (DMSP/OLS) και το Visible Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS) της NASA που βρίσκεται στο νεότερο τηλεπισκοπικό δορυφόρο του National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System Preparatory Project (NPP). Τα δεδομένα DMSP / OLS ελήφθησαν από το δορυφορικό Image Data Base (SIDaB) της Ιαπωνίας Γεωργίας, Δασοκομίας και Έρευνας Κέντρο Τεχνολογίας Αλιείας Πληροφοριών (AFFRIT). Οι εικόνες DMSP/OLS και NPP/VIIRS είναι διαθέσιμες με χωρική ανάλυση 4 χιλιόμετρα και 0,75 χιλιόμετρα, αντίστοιχα. Συνδυάζοντας τα δεδομένα από τους αισθητήρες αυξήθηκαν τα σημεία παρουσίας του καλαμαριού για την ανάλυση της μοντελοποίησης των βιοτόπων, κατά την περίοδο από τον Μάρτιο - Ιούλιο 2012-2013, όταν η διαθεσιμότητα των στοιχείων είναι ελάχιστη. Η σπανιότητα των δεδομένων, την άνοιξη και το καλοκαίρι οφείλονταν στην αυξημένη θερμοκρασία και αντίστοιχη αύξηση της εξάτμισης. Η ανίχνευση των θέσεων αλίευσης του καλαμαριού από καθημερινές δορυφορικές εικόνες σε νυκτερινές ώρες από τον Ιανουάριο έως Δεκέμβριο, 2010-2013 υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μια κατάταξη βασιζόμενη σε μια εικόνα που ορίστηκε ως βάση. Από αυτή τη μέθοδο τεμαχισμού δύο επιπέδων, οι φωτεινές περιοχές που πιστεύεται ότι προκαλούνται από τον αλιευτικό στόλο αφαιρέθηκαν. Έγινε μια υπόθεση ότι τα καλαμάρια πιάστηκαν στις περιοχές όπου βρίσκονταν τα αλιευτικά σκάφη.
Τοπογραφικές και Περιβαλλοντικές μεταβλητές με χρήση Τηλεπισκόπησης
Οι στατικές και περιβαλλοντικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν για να συμπεράνουμε τη διασπορά του είδους στον βιότοπο προερχόταν από τηλεπισκοπικές πληροφορίες, που καλύπτει την περίοδο από τον Ιανουάριο-Δεκέμβριο 2010 έως 2013. Τα δεδομένα συμπεριλαμβάνουν έναν στατικό παράγοντα βιότοπου (βάθος) και πέντε περιβαλλοντικές μεταβλητές (θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας (SST), χλωροφύλλη-α (Chl-α), ανωμαλία ύψους επιφάνειας της θάλασσας (SSHA), κινητική ενέργεια δίνης (EKE), ζωνική ( u) και μεσημβρινή (v) γεωστροφική ταχύτητα. Τα τοπογραφικά δεδομένα ήταν από το μοντέλο ETOPO1 (δεδομένα βαθυμετρίας στο παγκόσμια ανάγλυφο της επιφάνειας της Γης), που παρέχονται από το NOAA National Centers for Environmental Information (NCEI), που διατίθεται σε χωρική ανάλυση 0.01◦. Οι μηνιαίες SST και τα δεδομένα Chl-α MODIS ελήφθησαν από την Ιστοσελίδα της Εθνικής Υπηρεσίας Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA) με χωρική ανάλυση 0.10◦. Μηνιαίες-κατά μέσο όρο SSHA, ΕΚΕ, και οι γεωστροφικές ταχύτητες υπολογίστηκαν από την καθημερινή χαρτογράφηση της ανωμαλίας του επίπεδο της θάλασσας (MSLA) και τις γεωστροφικές ταχύτητες (u, v), που ελήφθησαν από την ιστοσελίδα Archiving Validation and Interpretation of Satellite Data (AVISO) με 0.25◦ χωρική ανάλυση. Η EKE στη συνέχεια υπολογίστηκε από τις γεωστροφικές ταχύτητες, ως το ήμισυ του αθροίσματος των τετραγώνων των τιμών των u και v. Επιπλέον, τα διαχρονικά πρότυπα των περιβάλλοντικών, τοπογραφικών και γεωγραφικών δεδομένων (γεωγραφικό μήκος και πλάτος) που αντιστοιχούν σε θέσεις εμφάνισης καλαμαριών εξήχθησαν και υπολογίσθηκαν οι μέσοι όροι για κάθε μήνα ώστε να διερευνηθούν οι εποχιακές διακυμάνσεις τους. Όλα τα περιβαλλοντικά και τοπογραφικά δεδομένα επαναϋπολογίστηκαν με 0.25◦ χωρική ανάλυση για την μοντελοποίηση και ανάλυση των βιοτόπων. Το μοντέλο διανομής του είδους για το κοινό ιαπωνικό καλαμάρι αναπτύχθηκε με χρήση του αλγοριθμικού μοντέλου μέγιστης εντροπίας (MaxEnt).
Αποτελέσματα
Οι μέσες μηνιαίες κατανομές των ωκεανογραφικών και γεωγραφικών μεταβλητών που υπολογίστηκαν στις περιοχές αλίευσης των καλαμαριών, κατά τη διάρκεια της τετραετούς περιόδου, φαίνονται στην Εικόνα 2Α, Ι. Με βάση αυτές τις χρονοσειρές, οι περισσότεροι περιβαλλοντικοί παράγοντες παρουσίασαν έντονη εποχικότητα. Ένα σαφές εποχικό πρότυπο φαίνεται, για παράδειγμα, στις διανομές SST (Εικόνα 2Α), όπου οι χαμηλές και υψηλές SST χαρακτηρίζουν τον βιότοπο του καλαμαριού σε χειμώνα-άνοιξη (Δεκέμβριος-Μάιος) και καλοκαίρι-φθινόπωρο (Ιούνιος-Νοέμβριος), αντίστοιχα. Εξαιρετικά μεταβλητές SST παρατηρήθηκαν επίσης κατά τη διάρκεια των εποχιακών μεταβάσεων, εκτός από την άνοιξη και νωρίς το καλοκαίρι (Απρίλιος-Ιούνιος). Σε αντίθεση, οι διανομή Chl-α (Εικόνα 2Β) έδειξε ελάχιστη εποχικότητα, αν και με εξαιρετικά μεταβλητές μετρήσεις που παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου-χειμώνα (Οκτώβριος-Φεβρουάριος). Τα διαχρονικά πρότυπα SSHA (Εικόνα 2C) αποκάλυψε μια εξέχουσα μετάβαση από αρνητικό σε θετικό SSHA μεταξύ Ιανουαρίου-Ιουνίου και του Ιουλίου-Δεκέμβριου, ωστόσο, η μεταβλητότητα των μετρήσεων σε όλους τους μήνες ήταν συγκρίσιμη. Είναι ενδιαφέρον ότι, παρόμοιο χρονικό πρότυπο παρατηρήθηκε για την βυθομετρική χρονοσειρά (Εικόνα 2D), όπου τα καλαμάρια βρέθηκαν σε μικρότερο βάθος από την περίοδο Ιανουαρίου-Ιουνίου, σε σχέση με την περίοδο Ιούλιος-Δεκέμβριος. Το χρονικό μοτίβο EKE έδειξε ότι τα καλαμάρια ως επί το πλείστον βρίσκονται σε περιοχές με ασθενέστερο ΕΚΕ, αλλά παρατηρήθηκαν εξαιρετικά μεταβλητές μετρήσεις μεταξύ μηνών (Εικόνα 2Ε). Τα χρονικά πρότυπα για την u (Εικόνα 2F) και την v (Εικόνα 2G), στοιχεία της γεωστροφικής ταχύτητας, έδειξαν παρόμοια πρότυπα με μέγιστη ταχύτητα τον Ιούλιο. Επιπλέον, τα διαχρονικά πρότυπα των γεωγραφικών παραμέτρων, αποκάλυψε μετατοπίσεις καλαμαριών από Δύση-Ανατολή (Εικόνα 2Η) και από νότο προς βορρά (Εικόνα 2Ι) το χειμώνα και το καλοκαίρι, αντίστοιχα.
Συμπεράσματα
Τα μοντέλα των βιότοπων που αναπτύχθηκαν για το Τ. pacificus χρησιμοποιώντας μόνο δορυφορικά δεδομένα στη Θάλασσα της Ιαπωνίας, υπογράμμισε τις τεράστιες δυνατότητες της τηλεπισκόπησης για την κατανόηση των χωρικών και χρονικών προτύπων των βιότοπων των καλαμαριών, που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση του είδους με το περιβάλλον. Αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να είναι ανεκτίμητες στο θαλάσσιο χωροταξικό σχεδιασμό και τη διαχείριση των αλιευτικών πόρων στη Θάλασσα της Ιαπωνίας.
