Φωτίζοντας την Αρκτική
Από RemoteSensing Wiki
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: Για να αξιολογήσουμε τις διαφορές στη σύνθεση του συνόλου των θαλάσσιων πτηνών μεταξύ των πολικών νυχτών αλλά και τις διαφορές στις περιβαλλοντικές συνθήκες, χρησιμοποιήσαμε πολυμεταβλητή μη παραμετρική μεταθετική ΑΝΩΑ (PERMANOVA). Τον αριθμό των ακατέργαστων πουλιών από την βάση δεδομένων τον μετατρέψαμε σε ποσοστά μεμονωμένων ειδών και υπολογίσαμε τον δείκτη ποικιλότητας Shannon. Αυτός ο δείκτης επηρεάζεται από τον πλούτο των ειδών και την παρουσία ή απουσία σπάνιων ειδών, που πιστεύουμε ότι είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος παρουσίασης αυτών των δεδομένων. Για να εξετάσουμε τις σχέσεις μεταξύ του δείκτη Shannon και των περιβαλλοντικών μεταβλητών - θερμοκρασία αέρα, παρουσία θαλάσσιου πάγου και ένταση φωτός - χρησιμοποιήσαμε ένα γραμμικό μοντέλο που βασίζεται στην απόσταση (DistLM). Για την αξιολόγηση της σχέσης μεταξύ της συμβολής συγκεκριμένων ειδών θαλασσοπουλιών στην τοπική συνάθροιση και των περιβαλλοντικών μεταβλητών, υπολογίστηκε ο συντελεστής συσχέτισης. Μια Κανονική Ανάλυση των Κύριων Συντεταγμένων (CAP) χρησιμοποιήθηκε για να απεικονίσει τη μεταβλητότητα της σύνθεσης των ειδών θαλασσοπουλιών μεταξύ διακριτών πολικών νυχτών κατά μήκος των δύο αξόνων που διέκρινε καλύτερα τις ομάδες δειγμάτων που ορίζονται από την πολική νύχτα. Οι αναλύσεις PERMANOVA, DistLM και CAP πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας λογισμικό Primer v7 και Permanova.
Αποτελέσματα: Συνολικά, έξι είδη θαλάσσιων πτηνών τεκμηριώθηκαν στο Longyearbyen κατά τη διάρκεια της περιόδου που μελετήθηκε: το Black Guillemot, το Brünnich's Guillemot, το Little Auk, το Glaucous Gull, το Μαυροπόδι Kittiwake , και ο Γλάρος της Ισλανδίας. Η σύνθεση των ειδών θαλασσοπούλι εμφάνισε σημαντικές διαφορές μεταξύ των θεωρούμενων πολικών νυχτών από το 2012 έως το 2022 (Εικ.1 ) . Οι περιβαλλοντικές παράμετροι που μελετήθηκαν εμφάνισαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των θεωρούμενων πολικών νυχτών από το 2012 έως το 2022. (Εικ.1 ) . Μεταξύ όλων των περιβαλλοντικών παραμέτρων που εξετάστηκαν , μόνο η ένταση φωτός είχε σημαντική επίδραση στη σύνθεση των ειδών θαλάσσιων πτηνών και στην ποικιλότητα του Shannon δείκτης, εξηγώντας το 23 και το 30% της συνολικής μεταβλητότητάς τους, αντίστοιχα. Στο Longyearbyen κατά τις πολικές νύχτες από το 2012/2013 έως το 2021/2022, η ποικιλομορφία των θαλάσσιων πτηνών μειώθηκε με την αύξηση της έντασης του φωτός (Εικ. 2 ). Όταν η ένταση του φωτός ήταν χαμηλή, παρατηρήθηκαν όλα τα είδη θαλάσσιων πτηνών, ενώ σε υψηλότερα επίπεδα, υπήρχε μόνο το Black Guillemot. Οι αναλύσεις της Κανονικής Ανάλυσης Κύριων Συντεταγμένων (CAP) αποκάλυψαν έναν σαφή διαχωρισμό των πολικών νυχτών, με την κυριαρχία του Black Guillemot και μια σημαντική συμβολή του Little Auk στο σύνολο των θαλάσσιων πτηνών υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες που μελετήθηκαν. (Εικ. 3)
Συμπεράσματα: Δεδομένου ότι τα θαλάσσια πτηνά πλοηγούνται σε θαλάσσια, εναέρια και χερσαία περιβάλλοντα και είναι από τις πιο απειλούμενες ομάδες πουλιών παγκοσμίως, είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε ρύπους όπως το τεχνητό φως. Η επέκταση των φωτορυπασμένων παράκτιων περιοχών, ειδικά στην ολοένα και πιο απαλλαγμένη από πάγους Αρκτική, επιδεινώνει αυτό το ζήτημα. Ενσωματώνοντας δεδομένα τηλεπισκόπησης και επιστήμης των πολιτών, η μελέτη μας προσφέρει πρωτοποριακές γνώσεις για τις επιπτώσεις της φωτορύπανσης στα θαλάσσια πτηνά στην πολική νύχτα της Αρκτικής, υπογραμμίζοντας την επείγουσα ανάγκη για περαιτέρω έρευνα και στρατηγικές μετριασμού. Διάφορες αντιδράσεις των πτηνών στο φως, που περιλαμβάνουν τόσο την έλξη όσο και την αποφυγή, υπογραμμίζουν την ισχύ του ως διεγερτικού ικανού να μεταβάλλει τα πρότυπα διατροφής και συμπεριφοράς τους. Ενώ μπορεί να δημιουργήσει ευνοϊκές συνθήκες προσελκύοντας θηράματα, αποτελεί επίσης σημαντική απειλή, οδηγώντας σε συγκρούσεις με φωτισμένες κατασκευές ή προκαλώντας αποπροσανατολισμό. Έχουμε αποδείξει ότι το Black Guillemot φαίνεται να είναι ανεκτικό σε υψηλότερα επίπεδα τεχνητού φωτός, ενώ το Little Auk παρουσιάζει μείωση στους αριθμούς καθώς αυξάνεται η ένταση του φωτός, υποδηλώνοντας αρνητικό αντίκτυπο. Η διακύμανση στις ειδικές για το είδος αποκρίσεις δείχνει τον ρόλο των διατροφικών προτιμήσεων και της συνολικής ευελιξίας στη διαμόρφωση της συμπεριφοράς τους που σχετίζεται με το φως, ένας τομέας που χρήζει περαιτέρω έρευνας. Παρά αυτές τις διαφορές, το ALAN αναγνωρίζεται ευρέως ως σημαντική απειλή για τους πληθυσμούς των θαλάσσιων πτηνών παγκοσμίως. Αυτή η μελέτη παρέχει την πρώτη ολοκληρωμένη αξιολόγηση του αντίκτυπου του ALAN στις κοινότητες θαλάσσιων πτηνών κατά τη διάρκεια της πολικής νύχτας της Αρκτικής, αποκαλύπτοντας μια γενική αρνητική τάση που μειώνει την ποικιλότητα των θαλάσσιων πτηνών.
