利用光学卫星图像估算加拿大高北极地区麦金森湾独角鲸（Monodon monoceros）的数量

《Ecological Informatics》：Use of optical satellite imagery to estimate abundance of Narwhal ( Monodon monoceros) in Makinson Inlet in the Canadian high Arctic

白鲸丰度评估与高分辨率卫星影像非侵入式监测应用研究。利用World-View 3卫星影像（31厘米分辨率）对加拿大高北极Makinson Inlet进行白鲸数量估算，通过可见性偏差调整（校正因子4.90），获得表面检测406头，调整后丰度1987（CV=0.12，95%CI1578-2502）。首次证明VHR卫星影像可作为替代传统航空调查的非侵入式监测手段，有效应对北极偏远地区生态监测难题。

　　遥感技术在野生动物监测中的应用，为科学家提供了前所未有的视角和手段。在极地生态系统中，这种技术尤为重要，因为许多物种分布广泛且难以直接观察。以独角鲸为例，这种生活在北极水域的哺乳动物因其广泛的地理分布和难以追踪的特性，长期以来被认为是一种数据匮乏的物种。然而，随着高分辨率卫星影像技术的发展，科学家们发现可以利用这些技术来估算其种群数量，为保护和管理提供科学依据。

高分辨率卫星影像技术的兴起，使得监测海洋哺乳动物变得更加可行。这种技术的分辨率已经从早期的82厘米提升到如今的31厘米，极大地提高了识别能力。世界视野3号卫星（WorldView 3）就是这一技术进步的代表，它能够提供清晰的黑白影像，覆盖大面积的地理区域。这项技术不仅为研究人员提供了便利，还减少了对现场工作人员的依赖，避免了传统方法中可能带来的干扰。此外，卫星影像能够在短时间内覆盖广阔区域，减少了因小型动物移动而导致的计数误差。

在北极地区，独角鲸的夏季分布范围包括巴芬湾和戴维斯海峡，它们会迁徙到加拿大和格陵兰岛的峡湾和水道中。其中，麦克金森峡湾（Makinson Inlet）是研究的重要区域之一。2013年，通过空中调查，研究人员估算该地区夏季独角鲸的数量为812头，并调整至2387头以考虑水下鲸鱼的不可见性。然而，2022年的空中调查因恶劣天气未能成功进行，因此卫星影像成为了一个重要的替代方法。

研究团队利用世界视野3号卫星于2022年8月2日至5日获取了麦克金森峡湾的影像数据，覆盖面积达5752平方公里。通过四位经验丰富的观察员对影像进行人工分析，他们识别出406头独角鲸。研究还考虑了“可见性偏差”这一因素，即由于水深问题，部分鲸鱼在影像中无法被看到。根据之前对其他区域的追踪数据，假设独角鲸在水深超过1米的情况下无法被卫星影像捕捉，因此将表面观测数量乘以一个调整因子，以估算其真实种群数量。最终调整后的估算数量为1987头，置信区间为1578至2502头。

该研究首次展示了高分辨率卫星影像在加拿大北极地区估算独角鲸种群数量的可行性。这不仅为科学家提供了新的工具，也为保护政策制定者提供了可靠的数据支持。尽管卫星影像技术在识别和计数方面表现出色，但仍然存在一些挑战。例如，影像的获取时间受天气条件限制，且不同区域的影像可能无法在同一天完成。此外，虽然可以使用人工智能等自动化方法提高影像分析效率，但目前尚未有专门针对独角鲸的自动识别算法。

研究还指出，由于独角鲸在高冰区活动频繁，卫星影像可能受到冰层覆盖和天气条件的影响。因此，选择合适的影像时间和区域至关重要。同时，卫星影像的分辨率虽然已经很高，但未来仍有可能进一步提升，以实现更精确的种群估算。随着技术的发展，研究人员期望能够利用更频繁的影像获取和更先进的自动化方法，提高监测的准确性和效率。

总体而言，这项研究不仅展示了高分辨率卫星影像在估算独角鲸数量方面的潜力，还为未来在北极和其他偏远地区的野生动物监测提供了新的思路和方法。尽管存在一定的局限性，如天气条件和影像分辨率的挑战，但卫星影像作为一种非侵入性和安全的监测手段，无疑为保护和管理海洋哺乳动物提供了重要的补充。随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来的监测工作将更加高效和精确，为生态系统的保护和可持续发展做出更大的贡献。