Использование «глаз в небе» для поиска тюленей в быстро меняющейся Арктике
Этим летом исследователям удалось собрать впечатляющие снимки с дронов как кольчатых нерп, так и моржей. В одном из фьордов, Сент-Йонсфьорде, двенадцать кольчатых нерп были обнаружены рассредоточенными по фьорду, отдыхающими на припае. Однако приблизиться и идентифицировать этих особей очень сложно. Поскольку на кольчатых нерп охотятся белые медведи, любого млекопитающего — будь то на четырех или двух ногах — они будут избегать любой ценой.
«С помощью дрона нам удалось получить изображения высокого разрешения кольчатых нерп, отдыхающих на льду рядом со своими лунками. На основе этих изображений вид можно легко идентифицировать», — говорит Гиерт Аартс, руководитель проекта Arctic Seal. Для этого конкретного региона исследователи также получили спутниковые снимки Maxar.
Поскольку лед припайный и не движется, расположение лунок практически фиксировано. Поэтому исследователи смогли сопоставить отдельных тюленей, обнаруженных на изображениях с дрона, непосредственно с лунками, видимыми на спутниковых снимках. «Хотя мы знали о потенциале таких спутниковых изображений для наблюдения за млекопитающими из космоса, мы были поражены, заметив белые линии на ледяном щите, соединяющие лунки кольчатых нерп. В этой удаленной и суровой среде это может означать только одно — следы белого медведя».
Машинное обучение для подсчета арктических млекопитающих
Разрешение спутниковых снимков значительно улучшилось за последнее десятилетие. Эти спутники, вращающиеся вокруг Земли на высоте более 600 км, могут фотографировать любое место на поверхности Земли с разрешением 30 x 30 см. Путем масштабирования высококачественных изображений с дронов до разрешения 30 x 30 см исследователи могут создать фотографию, имитирующую спутниковые снимки из космоса.
«В конечном итоге эти изображения можно загрузить в алгоритм машинного обучения и использовать для обучения нейронной сети», — говорит аспирант Йерун Хукендайк, который был частью исследовательской группы и сотрудничает с EPFL для дальнейшей разработки этих методов. Применяя эту обученную сеть к спутниковым снимкам, исследователи надеются автоматически обнаруживать тюленей в этих удаленных и суровых регионах.
Виды тюленей по-разному используют полярный лед
Тюлени и моржи особенно многочисленны в арктических регионах. У каждого из этих видов ластоногих есть свои уникальные характеристики и связь с морским льдом.
Например, кольчатые нерпы делают лунки в морском льду, прикрепленном к береговой линии. Эти дыхательные трубки могут достигать нескольких метров в длину и соединять морскую воду подо льдом с воздухом над ним. Используя когти на передних ластах, они не дают этим лункам замерзнуть. В течение долгих и темных зимних месяцев эти лунки покрыты снегом. Эти снежные логова обеспечивают их детенышам некоторую защиту от суровых внешних условий.
В отличие от них, гренландские тюлени отдыхают и рожают на дрейфующем паковом льду. Этот паковый лед покрывает большую часть региона Северного полюса зимой, соединяя все массивы суши в полярном регионе, но летом его площадь сокращается. В отличие от припая, паковый лед дрейфует и может перемещаться на несколько километров в день.
Внезапные изменения течения и направления ветра могут быстро привести к разрушению платформы для родов гренландского тюленя. Моржи также используют паковый лед, но особи также могут отдыхать на суше. Кроме того, во время исследовательской экспедиции на Шпицберген этим летом исследователям удалось собрать изображения моржей с дронов, которые могут помочь другим в разработке аналогичных методов машинного обучения для этого вида.
Быстро меняющийся дом
В конечном счете, исследователи надеются использовать эти методы дистанционного зондирования для обнаружения тюленей в Арктике. Из-за изменения климата их дом быстро меняется. Это особенно касается северной части Баренцева моря и островов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа.
Этот регион — самое быстро нагревающееся место на Земле, где средние температуры растут на 2,7 °C за десятилетие и даже на 4 °C за десятилетие в осенние месяцы. Поэтому срочно необходимо знать, от каких местообитаний зависят тюлени, чтобы изучить влияние изменения климата и сохранить эти виды.