卫星图像如何改变保护科学

早在20世纪80年代，灰海豹就已经在科德角灭绝了。因此，当研究人员上周宣布，那里的灰海豹数量已经恢复到5万只，而不是之前官方估计的1.5万只时，这就戏剧性地证明了保护工作有时是多么迅速。

但研究人员在杂志中写道生物科学他不仅对海豹感兴趣。他们还试图展示卫星在统计和监测野生动物数量以及回答有关自然界的重大问题方面的迅速发展潜力。杜克大学尼古拉斯环境学院的资深作者大卫·w·约翰斯顿说，对许多野生动物生态学家来说，这仍然是新鲜事。到目前为止，生态学家在将卫星数据纳入他们的工作中一直进展缓慢，部分原因是他们的培训和文化是关于进入该领域，以第一手了解他们的研究对象。从外太空的角度看问题似乎并不那么重要．

但是，卫星图像和遥感数据的迅速丰富和复杂将改变这一状况:“高分辨率地球图像来源代表了关于海洋和陆地野生动物种群丰富而未得到充分利用的信息宝库，”约翰斯顿和他的合著者写道。他们敦促野生动物生态学家接受卫星图像“作为一种合法的数据来源，可以补充甚至取代传统方法。”

他们指出，在其他有希望的发展中，地球卫星图像正在“全球范围内、频繁地、以越来越相关的分辨率”收集。多亏了大量的初创公司，包括Planet、DigitalGlobe、Skybox Imaging，卫星图像也以用户友好的格式提供（后来被谷歌收购并更名为Terra Bella）、Urthecast和LAND INFO Worldwide Mapping。

加州大学的一位科学家将迅速改善的外太空卫星视野描述为“宏观视野”。

例如，今年2月，Planet开始部署88年breadloaf-size卫星来自印度空间研究组织的火箭。它们现在是149个卫星星座的一部分，每周数次扫描地球上的每个点。主要关注的是商业应用——例如，跟踪爱荷华州的玉米产量，或者今天沃尔玛停车场里停了多少辆车。但图像频率也开始使人们能够快速检测森林砍伐、非法采矿和其他景观变化，以及更有效和准确地统计野生动物数量。

NASA也是这一趋势的一部分。2019年，中国计划启动一项名为GEDI(全球生态系统动力学调查)的任务，使用激光雷达，这是一种基于激光的遥感技术，生态学家已经熟悉了，可以从飞机上绘制三维植被结构。这一次，来自国际空间站的GEDI将使科学家能够确定任何给定地点的森林的高度和结构，并精确地绘制地面生物量和碳储量的地图——所有这一切都无需申请拨款租用飞机或花几天时间飞行横断面。

据该任务的首席研究员、马里兰大学的Ralph Dubayah说，GEDI还将使其有可能“估计森林砍伐和随后的森林再生的净影响，并提供对保护和促进栖息地质量和生物多样性至关重要的信息。”这项技术应该被证明对监测各国在REDD(减少森林砍伐和森林退化造成的排放的计划)以及巴黎气候协议和生物多样性公约下所作的承诺是有用的。此外，它将改进天气和气候模型，并提供温带冰川、湖泊和河流的详细测量，以更好地管理水资源。

当生态学家们开始了解这些新工具的潜力时，约翰斯顿说：“他们将获得这一顿悟。”。这件事发生在几年前，当时他在一次本科生讲座上讲述了科德角上贴着无线电标签的海豹的活动。他说：“我们在活动物身上贴了标签，这对学生们来说真是太棒了。”。“他们每天都可以查看某只海豹的行踪。我在谷歌地球上加载数据，然后直接放大查看这只海豹出现的位置，你瞧，这张图像足以数清海滩上的海豹。我看了看，然后说，‘嘿，我们可能可以用这种方式数清鳕鱼角海豹的数量，’最后，我说班上有三个学生过来说他们想这样做。”

海豹通常将海滩作为夏季的“拖带”，过去，国家海洋和大气管理局（NOAA）以传统方式对其进行计数，即飞越海滩并拍照。但是，约翰斯顿说，令其他研究人员感到沮丧的是，NOAA从来没有抽出时间公布所有结果数据，而且它“也从来没有起到纠正海滩上海洋动物数量的作用。”

卫星图像使研究人员摆脱了对NOAA数据的依赖。他们自己的长期无线电标签研究的数据显示了海豹在给定的一天或一个季节通常在海上停留的时间，这使得研究人员能够开发出一种算法来计算总数量，而不仅仅是海滩上可见的部分。

加州大学圣巴巴拉分校(University of California Santa Barbara)的海洋生物学家道格拉斯·麦考利(Douglas McCauley)称赞这项新研究将基于卫星的野生动物研究的潜力“带回到我们自己的后院”主要管理的影响. 对于科德角度假者来说，他们觉得海豹被拖离了他们最喜欢的海滩，或者对于渔民来说，海豹把他们的捕获物给弄丢了。有消息说，50000只灰海豹现在在科德角，这听起来可能像是入侵。

另一方面，对于自然资源保护主义者来说，这甚至不能代表种群数量恢复到原来的水平。关于海豹的长期争论可能会变得非常情绪化。准确的数量是决定这些管理方案的基本起点，这些管理方案包括不接触海豹、支付避孕飞镖计划的费用、授权非致命的骚扰，甚至开始捕杀海豹。麦考利说:“这将把卫星数据置于野生动物管理的前沿和中心。”

除了统计种群，卫星还有可能回答更大的野生动物行为问题。例如，麦考利的实验室正在利用卫星数据，来确定塞伦盖蒂草原上的牛羚是如何利用栖息地的。“你可以拍摄一张卫星图像，根据反射模式，你可以感知生产率——哪里的草最绿。你可以创建一个图层，显示所有牛羚的位置，看看它们是否很好地跟踪了环境的生产力。”

他说，“危险地形”的另一个叠加因素是，捕食者的攻击更有可能发生在森林的边缘，或靠近一个被称为kopjes的岩石露头，或在一个水坑。“然后你可以问，所有这些是如何映射到移民走廊上的”，以理解保护区的重要性，尤其是在人类不断发展的情况下。多年来，McCauley的团队和格拉斯哥大学的合作者已经用无线电项圈追踪了几十头牛羚。他说:“今年，我们不想再追踪两个。”"我们想通过卫星追踪二十万"

McCauley将快速改善的外太空视野描述为“宏观视野”。这也应该是减少保护项目预算的一个主要推动力，因为这些数据通常是免费的，而且对研究人员来说风险更小。一项对1937年至2000年在研究或管理工作中死亡的美国生物学家的研究显示，三分之二的人死于航空事故。

约翰斯顿说:“我认为我们永远都无法摆脱在飞机上做一些生物学研究的人。”“但对于那些特别危险的事情，比如在水面上，”或者在遥远的极地地区，卫星图像至少是一样好的。

目前，许多生物学家不知道什么是遥感，如何获取数据或如何使用这些数据。

那么，为什么没有更多的野生动物研究人员急于利用卫星数据呢?伦敦动物学会(Zoological Society of London)的娜塔莉·佩托雷利(Nathalie Pettorelli)说，部分原因是科学领域的藩篱:“生物学传统是建立在走出去和物种打交道的基础上的。但遥感器的发展和卫星数据的使用主要发生在地理部门。这两个学科还不习惯一起工作。他们没有共同的术语。遥感专家会告诉你关于土地覆盖的知识，生物学家会告诉你关于生态系统的知识。所以你必须调和这些观点。”

当佩托雷利第一次求助于卫星数据来帮助确定环境变化如何影响生物多样性和生态系统服务时，生物学家告诉她这不是一个好主意。“有些人不信任卫星数据，”她说。他们认为这是“与地面数据的竞争”，尽管在现实中，卫星和地面数据往往会相互增强，就像科德角海豹事件中发生的那样。与此同时，遥感专家“告诉我它太复杂了;你需要雇人。我没有钱雇人，我只能越来越多地学会如何自己做。”

缺乏培训仍然是更广泛地依赖卫星数据的一个障碍，她说，“特别是在发展中国家，那里的人们可以最大限度地利用卫星数据，那里没有资金进行大规模的实地研究”或飞机调查。“但目前很多生物学家不知道什么是遥感，如何获取数据，如何使用这些数据。”

佩托雷利说，对卫星数据的细微差别缺乏了解也是全球层面的一个障碍。根据《生物多样性公约》，196个缔约国制定了一系列到2020年保护保护区和保护植物和野生动物多样性的目标。佩托雷利说，及时、经济地监测进展的唯一方法是通过卫星。但在最后三年的时间里，与会者甚至还没有就该依赖哪些太空指标达成一致。在她的生物学同行之间建立对卫星数据的信任，仍然是一个痛苦而缓慢的过程。