Потепление морей отрицательно влияет на структуру скопления белух

Новости сегодня - Потепление морей отрицательно влияет на структуру скопления белух

До недавнего времени технологические ограничения затрудняли эффективное изучение агрегационного поведения белух. Поскольку изменение климата продолжается, а температура поверхности моря быстро растет, возможность сделать это становится приоритетом, требуя методов, которые могут собирать данные полностью и точно.

С этой целью группа исследователей из испанских университетов Кадиса, Аликанте и Леона использовала глубокие сверточные нейронные сети (CNN) для анализа спутниковых изображений открытого доступа из арктических районов Канады, России и американского штата Аляска, чтобы чтобы точно определить присутствие белух в этих районах, сравнить температуру поверхности моря (ТПМ) с моделями скопления белух и – на основе данных Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) – создать три репрезентативных сценария пути концентрации (RCP) посредством конец 21 века.

Работа опубликована в журнале Frontiers in Marine Science.

По состоянию на 2017 год — год последней оценки этого вида — МСОП отнес белух (Delphinapterus leucas) к категории сохранения, вызывающей наименьшее беспокойство, в Красном списке. Однако эти киты живут в изолированных арктических водах и зависят от морского льда как для защиты от хищников, таких как косатки, так и для питания. Водоросли, растущие во льду, привлекают рыбу, которая составляет основу рациона белух.

Исследование , опубликованное в 2020 году , показало, что до конца этого столетия лед в Арктике может исчезнуть летом.

Исследовательские группы ранее использовали аэрофотосъемку прямого наблюдения для изучения китообразных; однако этот метод является дорогостоящим, требует много времени и может привести к получению неполных данных из-за ограничений диапазона. Точность моделей распределения видов (SDM), созданных с помощью аэрофотосъемки, ограничена во времени, особенно в быстро нагревающихся морях.

В конце 20-го века исследователи начали использовать изображения дистанционного зондирования для сбора данных об отдельных китах и ​​скоплениях, но для исследований морских млекопитающих использование этого метода само по себе также оказалось неточным.

Спутниковые снимки встречают глубокую информацию CNN

Задаваясь вопросом, может ли применение анализа изображений искусственного интеллекта к спутниковым изображениям дать решение, исследовательская группа, стоящая за этим новым исследованием, получила доступ к спутниковым изображениям арктического побережья с высоким разрешением (менее 1 метра на пиксель), полученным в период с 2007 по 2020 год. Сначала они обучили глубокую CNN. модель идентификации белух на основе набора бесплатных изображений из Google Earth и Mapbox. Из 1400 изображений в наборе половина была с белухами, а другая половина — с айсбергами.

Исследователи увеличили объем обучающих данных, случайным образом перевернув некоторые изображения, повернув другие на случайные коэффициенты от нуля до 360 градусов, обрезав некоторые из них и отрегулировав масштабы изображения и уровни яркости. После тестирования модели они обучили ее дальше, используя 700 аэрофотоснимков, «на которых каждая белуха отмечена в ограничивающей рамке (общее количество ограничивающих рамок — 846)», пишут они.

Двое исследователей визуально оценивали и комментировали каждое изображение данными о его классе (айсберги или киты) и количестве китов, используя веб-сайты по наблюдению за китами, чтобы проверить присутствие белух в изображенных областях. Они сравнили изображения из одних и тех же мест в разные даты, чтобы различить белух со дна моря. Эта работа стала важной для определения точности модели на более позднем этапе процесса.

Наконец, команда применила свою модель к изображениям, на которых, скорее всего, присутствовали киты, и использовала ее для обнаружения и подсчета китов в определенных ячейках сетки, а также для анализа закономерностей агрегации. Однако айсберги представляли проблему.

«К сожалению, в районах, где присутствовали айсберги размером с белух, точность моделей была невысокой (точность менее 50%), и изображения были фотоинтерпретированы для обнаружения белух вручную», — отмечают исследователи.

В общей сложности команда обнаружила 1980 белух в одиннадцати скоплениях в конкретных арктических районах Канады, России и США; шесть из этих агрегаций были обнаружены с помощью спутниковых изображений и модели глубокого обучения.

Они также подтвердили «значительную связь» между скоплениями белух и температурой поверхности моря , что указывает на большее количество скоплений в более холодных водах.

Отмечая, что средние показатели температуры поверхности моря в этих районах за последние десятилетия увеличились, они пишут: «Наши результаты показали, что ТПМ, как ожидается, увеличится как минимум на один градус до 2050 года в трех сценариях, но увеличится с 1,5° до 3° C. с 2050 по 2100 год, в зависимости от сценария РТК, при этом северные районы будут наиболее затронуты тремя сценариями РТК».

Что касается улучшения процесса обнаружения китов, команда отмечает, что из-за низкого пространственного разрешения доступных изображений белух (длиной около 5 метров) автоматизация этого процесса потребует новых стратегий, таких как сосредоточение внимания на их идентификации в группы, а не индивидуально. Особей легко спутать с айсбергами из-за их цвета, формы и размера.

Исследователи также обсуждают недавние изменения в морском льду; во многих районах он сейчас отступает раньше и наступает позже, чем в предыдущие десятилетия. На основе данных отчета МГЭИК, опубликованного в 2021 году , новое исследование предполагает, что в местах расположения одиннадцати скоплений белух к концу этого столетия температура воды может повыситься до 3°C.

«Это, в свою очередь, может привести к их распространению в более прохладные южные районы, что будет накладываться на сдвиги распространения на север других видов морских млекопитающих, усиливая конкуренцию за среду обитания и ресурсы или даже приводя к резкому истощению популяций, в зависимости от способности видов адаптироваться к новым климатическим сценариям». «, — пишет команда.

«В соответствии с этим сценарием мы рекомендуем быстрое и глобальное сокращение выбросов газа и защиту территорий белух от морского транспорта, если мы хотим сохранить этот уязвимый вид», — заключают они.

Новости партнеров: