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Monitoring penguin colonies in the Antarctic using remote sensing data

Vor dem Hintergrund der bereits punktuell beobachteten Bestandsveränderungen und Verschiebungen von Pinguinbrutplätzen im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel und der unterschiedlichen Verfügbarkeit von Nahrung erscheint ein möglichst flächendeckendes Monitoring der antarktischen Pinguine sinnvoll. Der vorliegende Bericht soll hierzu einen methodischen Beitrag leisten. Aufgrund der sehr großen Zahl von Kolonien und der in der Regel schwierigen Zugänglichkeit können Vor-Ort-Zählungen in Bezug auf die Größe der Brutpopulation stets nur Stichprobencharakter besitzen. Außerdem ist davon auszugehen, dass es eine nicht unbeträchtliche Anzahl bisher unbekannter Kolonien gibt. Ein weitestgehend umfassendes Monitoring erscheint daher nur auf der Basis von Fernerkundungsdaten möglich. Möglichst alle Pinguinkolonien der Antarktis detektieren zu können, werden Satellitendaten benötigt, die aufgrund der enormen Datenmengen sehr günstig zu akquirieren sind und zum anderen auch flächendeckend vorliegen. In dieser Untersuchung stellten sich die erst seit 2013 verfügbaren Landsat 8-Daten als die geeignetsten für diese Aufgabe heraus. Diese haben im Gegensatz zu dem Vorgänger Landsat 7, der seit Mai 2003 einen Fehler am sogenannten Scan-Line-Corrector aufweist, den großen Vorteil, dass die komplette Aufnahme ausgewertet werden kann, was eine höhere zeitliche Abdeckung der antarktischen Küstengebiete erlaubt. Wenn hingegen die Größe der Kolonien genau bestimmt und kleinräumige Veränderungen detektiert werden sollen, werden Satellitendaten benötigt, die eine sehr hohe räumliche und zeitliche Auflösung haben. In einem solchen Fall haben sich hochaufgelöste, multispektrale Satellitendaten mit Bodenauflösungen von unter 60 cm als am geeignetsten erwiesen. Erstmals wurden auch die hochaufgelösten VNIR-Daten des Worldview 3-Satelliten erfolgreich getestet. Zur Durchführung der Analysen wurden 12 hochaufgelöste und über 50 mittelaufgelöste multispektrale Satellitenaufnahmen der Testgebiete beschafft. Insbesondere gelang es trotz der häufigen Bewölkung in der Saison 2014/15 vier und in der Saison 2015/16 drei hochaufgelöste weitgehend wolkenfreie Aufnahmen von Ardley Island für intrasaisonale Untersuchungen zu akquirieren. Mit Hilfe dieser Daten wurde eine Reihe von Methoden auf ihre Eignung zur Detektion von hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen hin überprüft. Als schwierig stellte sich die Klassifikation des Guanos in den hochaufgelösten Aufnahmen heraus. Besonders der dunkel erscheinende Guano konnte kaum mit den getesteten Methoden detektiert werden. Im Gegensatz dazu ließ sich der hellere, orange-rötlichen Guano gut klassifizieren. Prinzipiell zeigte sich, dass die Klassifikationen bei der eher kontinental gelegen Cape Bird-Kolonie genauer waren als bei Adélie Land, was auf die relativ großen Flächen dunklen Guanos und der großen Variabilität der Geomorphologie und Vegetation auf Ardley Island zurückzuführen ist. Bei den untersuchten Methoden zeigte sich, dass die Maximum-Likelihood- und die ACE-Klassifikation die besten Ergebnisse für die Detektion von Guano in hochaufgelösten Aufnahmen lieferten. Beim Vergleich der Satellitenaufnahmen mit den Bodenkartierungen wurde auch festgestellt, dass es auf Ardley Island nicht möglich ist, alle Nestgruppen in Satellitenaufnahmen zu identifizieren, auch nicht manuell. Gute Ergebnisse wurden mit der ACE- und SAM-Klassifizierung bei den mittelaufgelösten Landsat 8-Aufnahmen der kontinentalen und maritimen Antarktis erreicht. Beiden Methoden scheinen für eine automatisierte Klassifizierung der gesamten Antarktis geeignet. Das eine automatische Detektion von Adéliepinguinkolonien der kontinentalen und auch der maritimen Antarktis mit Landsat 7-Aufnamen möglich ist, wurde bereits von Schwaller et al. (2013b) und Lynch & Schwaller (2014) eindrucksvoll bewiesen. Um die Aussagekraft bzw. die Genauigkeit der aus den Satellitenbildern gewonnenen Informationen beurteilen zu können, werden möglichst genaue Bodenkontrolldaten benötig. Vier verschiedene Methoden zur Schaffung solcher Referenzdaten wurden in diesem Projekt untersucht und miteinander verglichen. Die Panoramafotografie ist die schnellste Methode, liefert aber nur relativ ungenaue Ergebnisse, ähnlich wie die GPS-basierte Teilkartierung. Mit der GPS-basierten Vollkartierung erfolgt hingegen die genauste Bestimmung der Brutpaarzahlen aller untersuchten Methoden. Diese benötigt aber auch die meiste Zeit und hat den Nachteil, dass die brütenden Pinguine am stärksten gestört werden. Einen Mittelweg bietet die Kartierung mit sehr hochaufgelösten UAV-Orthophotomosaiken, mit der in kurzer Zeit große Gebiete untersucht werden können. Es wurde gezeigt, dass RGB-Orthophotomosaike am geeignetsten sind um die Brutpaare zu identifizieren, während sich NIR-Orthophotomosaike besonders für die Detektion des Guanos und der Vegetation eignen. Thermalinfrarot-Orthophotomosaike haben ein großes Potenzial bei der Identifizierung von Pinguinen, wenn diese sich auf oder neben einem Nest befinden. Die Methode ist aufgrund der geringen Auflösung der Thermalsensoren jedoch noch nicht praxistauglich. Erstmalig fand eine detaillierte Untersuchung des Störungspotenzials der UAV-gestützten Kartierung statt. Das Ergebnis zeigt, dass Überflughöhen von mehr als 50 m über Grund (entspricht der minimalen Flughöhe der UAV-Kartierungsflüge) nur geringe Verhaltensreaktionen der Pinguine im Vergleich zu niedrigeren Flughöhen hervorrufen. Weiterhin wurde untersucht, ob es Unterschiede bei der Guanofärbung einer Kolonie im Saisonverlauf oder zwischen den einzelnen Arten gibt, die mittels fernerkundlichen Methoden erkannt werden können. Die Ergebnisse der Versuche mit Munsell-Farbtafeln, Fotografien am Boden sowie UAV- und Satellitenaufnahmen aus zwei Saisons zeigen, dass sich die Probeflächen mit den Adéliepinguinen am Anfang der Saison von denen mit den Eselspinguinen unterscheiden. Der Unterschied äußert sich darin, dass zu Beginn der Brutsaison der relative Rot- und Grünanteil des Guanos sehr nahe beieinander liegt, das heißt die Guanofarbe erscheint grünlich. In der restlichen Saison hingegen dominiert bei allen Arten der Rotanteil. Aufgrund dieses Farbunterschiedes war es möglich, in einer hochaufgelösten Satellitenaufnahme die Adéliepinguinnestgruppen von den Eselspinguinnestgruppen zu unterscheiden. Neben der Guanofarbe wurde auch der Habitus sowie die Brutbiologie und -phänologie der Pinguine als mögliches Unterscheidungsmerkmal zwischen den Pygoscelis-Arten mit Hilfe der Fernerkundungsdaten untersucht. So ist es in UAV-Aufnahmen mit Bodenauflösungen von mindestens 1 cm unter optimalen Aufnahmebedingungen möglich, die Küken der drei Arten voneinander zu unterscheiden. Bei den Adulten hingegen konnte als einziges zuverlässiges Bestimmungsmerkmal der sanduhrförmige weiße Fleck auf dem Scheitel von Eselspinguinen ausgemacht werden, aber nur bei aufrecht gehaltenem Kopf. Auch anhand der unterschiedlichen Brutbiologie konnten Zügelpinguinnestgruppen mit noch brütenden Adulten von Eselspinguinnestgruppen mit bereits geschlüpften Küken mit Hilfe eines UAV-Orthophotomosaiks von Narebski Point zweifelsfrei voneinander unterschieden werden. Auch die intrasaisonal Variation in der Kolonieausdehnung und Ńbesetzung wurde ausführlich anhand von GPS-basierten Teilkartierungen und der Brutphänologie auf Ardley Island untersucht. So zeigte sich, dass die Größe der Nestgruppenflächen über den Untersuchungszeitraum (Anfang Dezember bis Anfang Januar) weitestgehend konstant blieb, im Gegenzug die Anzahl der Nester und somit auch die Dichte der Nestgruppen aber stark abnahm. Auch wurde beobachtet, dass Nestgruppen mit 1-10 Nestern am deutlichsten innerhalb des Untersuchungszeitraumes vom Rückgang betroffen waren, was möglichweise an deren Kolonierandlage und dem damit einher gehenden größeren Prädationsdruck liegt. Die Untersuchungen von Cape Bird mit Landsat 8-Aufnahmen ergaben, dass dort keine intrasaisonalen Veränderungen in der Kolonieausdehnung festgestellt werden konnten. Lediglich die Wahrscheinlichkeit, dass die Kolonie mit Schnee bedeckt ist und somit nur teilweise oder nicht detektiert werden kann, steigt am Anfang und am Ende der Saison. Mit hochaufgelösten Satellitenaufnahmen konnte bei Ardley Island hingegen eine deutliche intrasaisonale Variation der Guanoflächen festgestellt werden. So nimmt die Guanofläche der Kolonie zum Saisonende hin stark zu, bis sie unter dem Einfluss von nachlassenden Guanoeintrag bei weiterhin vorhandener Erosion wieder abnimmt. Eine weitere Analyse zeigte, dass eine Korrelation (Ṛ= 0,84) zwischen dem Aufnahmezeitpunkt der Satellitenaufnahme und der durchschnittlichen Nestdichte der Guanobedeckten Flächen besteht. Die Detektierbarkeit intersaisonaler Variationen in der Kolonieausdehnung und Ńbesetzung wurde mit hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen anhand der Kolonien von Ardley Island und Cape Bird untersucht. Für Ardley Island konnte kein Zusammenhang (Ṛ = 0,05) zwischen der Anzahl der Nester und der mit Hilfe der Bodenkartierung ermittelten Nestgruppenfläche festgestellt werden. Ähnliches zeigte sich für die Adéliepinguinkolonie Cape Bird Nord anhand hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen. Weiterhin konnten mit Landsat-Aufnahmen keine Veränderungen der Brutpaarzahlen anhand der Guanofläche detektiert werden, selbst dann nicht, wenn sich die Brutpaarzahlen mehr als verdreifachten. Dies ergaben Analysen an der Kolonie Cape Bird Nord im Zeitraum zwischen 1985 und 2016. Die Ursache dafür liegt wahrscheinlich in der Dichteänderung innerhalb der Nestgruppen. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring von Pinguinkolonien in der Antarktis mit Hilfe der Fernerkundung

Pinguine sind ein zentrales Element im Ökosystem der Antarktis und des Südozeans. Sowohl als Prädator als auch als Nahrungsquelle für andere Tiere werden sie direkt von Umweltveränderungen beeinflusst. Die in einer Vielzahl von Kolonien beobachteten Bestandsveränderungen werden gegenwärtig dem Klimawandel und der marinen Fischerei zugeschrieben. Gleichzeitig sind Pinguine die einzige Organismengruppe der Antarktis, die mit Hilfe von Satelliten sicher beobachtbar ist. In dieser Studie wurden, aufbauend auf einer vorangegangenen Studie (Mustafa et al. 2017), Methoden entwickelt und überprüft, die ein künftiges antarktisweites Monitoring von felsbrütenden Pinguinen erlauben. Es wird untersucht, welche neuen Technologien sich für die Detektion antarktischer Pinguine eignen. Dies betrifft insbesondere neue Satellitenplattformen (z.B. Sentinel-2, SkySat), aber auch Drohnen (Multikopter, Starrflügler). Neue Verfahren der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten werden entwickelt und getestet (GEOBIA, MPRM, Deep Learning), um eine höhere Ergebnisqualität und einen höheren Automatisierungs- und Operationalisierungsgrad zu erreichen. Ein Verfahren zur Bestimmung von Pinguinbrutpaarzahlen aus Drohnenaufnahmen konnte entwickelt werden, während die sichere Unterscheidung der Arten der Gattung Pygoscelis in Satellitenbildern noch immer nicht möglich ist. Für die drohnenbasierte Detektierung von fliegenden Seevögeln und Robben in der Antarktis konnte dagegen eine Planungs- und Bestimmungshilfe erstellt werden. Temporale Variationen in der Ausdehnung und Besetzung von Pinguinkolonien wurden insbesondere auf ihre Verknüpfung mit der Brutphänologie hin untersucht, mit dem Ziel, Klassifikationsergebnisse verschiedener Aufnahmezeitpunkte vergleichbar zu machen. Als potentiell geeignete Referenzgebiete für ein großräumiges Monitoring wurden fünf Gebiete ausgewählt (Ardley Island, Narebski Point, Drake Passage, Deception Island, South Shetland Islands). Die gewonnenen Erkenntnisse sind Teil eines umfangreichen Inventars an Methoden, das künftigen Monitoringprogrammen zur Verfügung steht. Dies schließt auch Erkenntnisse zu den Umweltauswirkungen von Drohnenflügen und die Anwendung stationärer Kameras ein. Für die organisatorische Einbindung eines solchen Programmes wird auf CCAMLR CEMP verwiesen. Neben den entwickelten Methoden wurde in dieser Studie eine Reihe von fernerkundlichen oder terrestrischen Daten erarbeitet, die entweder an vorhandene Datenreihen anschließen, oder Ausgangspunkt für langfristige Beobachtungen sein können. Mit MAPPPD steht inzwischen auch eine geeignete Datenbankstruktur für Speicherung, Abruf und Weitergabe der Daten zur Verfügung. Die inhaltlichen Voraussetzungen für ein hochqualitatives und effizientes antarktisweites Monitoring von Pinguinen sind somit weitgehend vorhanden; es bedarf nur noch einer organisatorischen Umsetzung. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring von Pinguinkolonien in der Antarktis mithilfe von Fernerkundungsdaten

Vor dem Hintergrund der bereits punktuell beobachteten Bestandsveränderungen und Verschiebungen von Pinguinbrutplätzen im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel und der unterschiedlichen Verfügbarkeit von Nahrung erscheint ein möglichst flächendeckendes Monitoring der antarktischen Pinguine sinnvoll. Der vorliegende Bericht soll hierzu einen methodischen Beitrag leisten. Aufgrund der sehr großen Zahl von Kolonien und der in der Regel schwierigen Zugänglichkeit können Vor-Ort-Zählungen in Bezug auf die Größe der Brutpopulation stets nur Stichprobencharakter besitzen. Außerdem ist davon auszugehen, dass es eine nicht unbeträchtliche Anzahl bisher unbekannter Kolonien gibt. Ein weitestgehend umfassendes Monitoring erscheint daher nur auf der Basis von Fernerkundungsdaten möglich. Möglichst alle Pinguinkolonien der Antarktis detektieren zu können, werden Satellitendaten benötigt, die aufgrund der enormen Datenmengen sehr günstig zu akquirieren sind und zum anderen auch flächendeckend vorliegen. In dieser Untersuchung stellten sich die erst seit 2013 verfügbaren Landsat 8-Daten als die geeignetsten für diese Aufgabe heraus. Diese haben im Gegensatz zu dem Vorgänger Landsat 7, der seit Mai 2003 einen Fehler am sogenannten Scan-Line-Corrector aufweist, den großen Vorteil, dass die komplette Aufnahme ausgewertet werden kann, was eine höhere zeitliche Abdeckung der antarktischen Küstengebiete erlaubt. Wenn hingegen die Größe der Kolonien genau bestimmt und kleinräumige Veränderungen detektiert werden sollen, werden Satellitendaten benötigt, die eine sehr hohe räumliche und zeitliche Auflösung haben. In einem solchen Fall haben sich hochaufgelöste, multispektrale Satellitendaten mit Bodenauflösungen von unter 60 cm als am geeignetsten erwiesen. Erstmals wurden auch die hochaufgelösten VNIR-Daten des Worldview 3-Satelliten erfolgreich getestet. Zur Durchführung der Analysen wurden 12 hochaufgelöste und über 50 mittelaufgelöste multispektrale Satellitenaufnahmen der Testgebiete beschafft. Insbesondere gelang es trotz der häufigen Bewölkung in der Saison 2014/15 vier und in der Saison 2015/16 drei hochaufgelöste weitgehend wolkenfreie Aufnahmen von Ardley Island für intrasaisonale Untersuchungen zu akquirieren. Mit Hilfe dieser Daten wurde eine Reihe von Methoden auf ihre Eignung zur Detektion von hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen hin überprüft. Als schwierig stellte sich die Klassifikation des Guanos in den hochaufgelösten Aufnahmen heraus. Besonders der dunkel erscheinende Guano konnte kaum mit den getesteten Methoden detektiert werden. Im Gegensatz dazu ließ sich der hellere, orange-rötlichen Guano gut klassifizieren. Prinzipiell zeigte sich, dass die Klassifikationen bei der eher kontinental gelegen Cape Bird-Kolonie genauer waren als bei Adélie Land, was auf die relativ großen Flächen dunklen Guanos und der großen Variabilität der Geomorphologie und Vegetation auf Ardley Island zurückzuführen ist. Bei den untersuchten Methoden zeigte sich, dass die Maximum-Likelihood- und die ACE-Klassifikation die besten Ergebnisse für die Detektion von Guano in hochaufgelösten Aufnahmen lieferten. Beim Vergleich der Satellitenaufnahmen mit den Bodenkartierungen wurde auch festgestellt, dass es auf Ardley Island nicht möglich ist, alle Nestgruppen in Satellitenaufnahmen zu identifizieren, auch nicht manuell. Gute Ergebnisse wurden mit der ACE- und SAM-Klassifizierung bei den mittelaufgelösten Landsat 8-Aufnahmen der kontinentalen und maritimen Antarktis erreicht. Beiden Methoden scheinen für eine automatisierte Klassifizierung der gesamten Antarktis geeignet. Das eine automatische Detektion von Adéliepinguinkolonien der kontinentalen und auch der maritimen Antarktis mit Landsat 7-Aufnamen möglich ist, wurde bereits von Schwaller et al. (2013b) und Lynch & Schwaller (2014) eindrucksvoll bewiesen. Um die Aussagekraft bzw. die Genauigkeit der aus den Satellitenbildern gewonnenen Informationen beurteilen zu können, werden möglichst genaue Bodenkontrolldaten benötig. Vier verschiedene Methoden zur Schaffung solcher Referenzdaten wurden in diesem Projekt untersucht und miteinander verglichen. Die Panoramafotografie ist die schnellste Methode, liefert aber nur relativ ungenaue Ergebnisse, ähnlich wie die GPS-basierte Teilkartierung. Mit der GPS-basierten Vollkartierung erfolgt hingegen die genauste Bestimmung der Brutpaarzahlen aller untersuchten Methoden. Diese benötigt aber auch die meiste Zeit und hat den Nachteil, dass die brütenden Pinguine am stärksten gestört werden. Einen Mittelweg bietet die Kartierung mit sehr hochaufgelösten UAV-Orthophotomosaiken, mit der in kurzer Zeit große Gebiete untersucht werden können. Es wurde gezeigt, dass RGB-Orthophotomosaike am geeignetsten sind um die Brutpaare zu identifizieren, während sich NIR-Orthophotomosaike besonders für die Detektion des Guanos und der Vegetation eignen. Thermalinfrarot-Orthophotomosaike haben ein großes Potenzial bei der Identifizierung von Pinguinen, wenn diese sich auf oder neben einem Nest befinden. Die Methode ist aufgrund der geringen Auflösung der Thermalsensoren jedoch noch nicht praxistauglich. Erstmalig fand eine detaillierte Untersuchung des Störungspotenzials der UAV-gestützten Kartierung statt. Das Ergebnis zeigt, dass Überflughöhen von mehr als 50 m über Grund (entspricht der minimalen Flughöhe der UAV-Kartierungsflüge) nur geringe Verhaltensreaktionen der Pinguine im Vergleich zu niedrigeren Flughöhen hervorrufen. Weiterhin wurde untersucht, ob es Unterschiede bei der Guanofärbung einer Kolonie im Saisonverlauf oder zwischen den einzelnen Arten gibt, die mittels fernerkundlichen Methoden erkannt werden können. Die Ergebnisse der Versuche mit Munsell-Farbtafeln, Fotografien am Boden sowie UAV- und Satellitenaufnahmen aus zwei Saisons zeigen, dass sich die Probeflächen mit den Adéliepinguinen am Anfang der Saison von denen mit den Eselspinguinen unterscheiden. Der Unterschied äußert sich darin, dass zu Beginn der Brutsaison der relative Rot- und Grünanteil des Guanos sehr nahe beieinander liegt, das heißt die Guanofarbe erscheint grünlich. In der restlichen Saison hingegen dominiert bei allen Arten der Rotanteil. Aufgrund dieses Farbunterschiedes war es möglich, in einer hochaufgelösten Satellitenaufnahme die Adéliepinguinnestgruppen von den Eselspinguinnestgruppen zu unterscheiden. Neben der Guanofarbe wurde auch der Habitus sowie die Brutbiologie und -phänologie der Pinguine als mögliches Unterscheidungsmerkmal zwischen den Pygoscelis-Arten mit Hilfe der Fernerkundungsdaten untersucht. So ist es in UAV-Aufnahmen mit Bodenauflösungen von mindestens 1 cm unter optimalen Aufnahmebedingungen möglich, die Küken der drei Arten voneinander zu unterscheiden. Bei den Adulten hingegen konnte als einziges zuverlässiges Bestimmungsmerkmal der sanduhrförmige weiße Fleck auf dem Scheitel von Eselspinguinen ausgemacht werden, aber nur bei aufrecht gehaltenem Kopf. Auch anhand der unterschiedlichen Brutbiologie konnten Zügelpinguinnestgruppen mit noch brütenden Adulten von Eselspinguinnestgruppen mit bereits geschlüpften Küken mit Hilfe eines UAV-Orthophotomosaiks von Narebski Point zweifelsfrei voneinander unterschieden werden. Auch die intrasaisonal Variation in der Kolonieausdehnung und Nbesetzung wurde ausführlich anhand von GPS-basierten Teilkartierungen und der Brutphänologie auf Ardley Island untersucht. So zeigte sich, dass die Größe der Nestgruppenflächen über den Untersuchungszeitraum (Anfang Dezember bis Anfang Januar) weitestgehend konstant blieb, im Gegenzug die Anzahl der Nester und somit auch die Dichte der Nestgruppen aber stark abnahm. Auch wurde beobachtet, dass Nestgruppen mit 1-10 Nestern am deutlichsten innerhalb des Untersuchungszeitraumes vom Rückgang betroffen waren, was möglichweise an deren Kolonierandlage und dem damit einher gehenden größeren Prädationsdruck liegt. Die Untersuchungen von Cape Bird mit Landsat 8-Aufnahmen ergaben, dass dort keine intrasaisonalen Veränderungen in der Kolonieausdehnung festgestellt werden konnten. Lediglich die Wahrscheinlichkeit, dass die Kolonie mit Schnee bedeckt ist und somit nur teilweise oder nicht detektiert werden kann, steigt am Anfang und am Ende der Saison. Mit hochaufgelösten Satellitenaufnahmen konnte bei Ardley Island hingegen eine deutliche intrasaisonale Variation der Guanoflächen festgestellt werden. So nimmt die Guanofläche der Kolonie zum Saisonende hin stark zu, bis sie unter dem Einfluss von nachlassenden Guanoeintrag bei weiterhin vorhandener Erosion wieder abnimmt. Eine weitere Analyse zeigte, dass eine Korrelation (R?= 0,84) zwischen dem Aufnahmezeitpunkt der Satellitenaufnahme und der durchschnittlichen Nestdichte der Guanobedeckten Flächen besteht. Die Detektierbarkeit intersaisonaler Variationen in der Kolonieausdehnung und Nbesetzung wurde mit hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen anhand der Kolonien von Ardley Island und Cape Bird untersucht. Für Ardley Island konnte kein Zusammenhang (R? = 0,05) zwischen der Anzahl der Nester und der mit Hilfe der Bodenkartierung ermittelten Nestgruppenfläche festgestellt werden. Ähnliches zeigte sich für die Adéliepinguinkolonie Cape Bird Nord anhand hoch- und mittelaufgelösten Satellitenaufnahmen. Weiterhin konnten mit Landsat-Aufnahmen keine Veränderungen der Brutpaarzahlen anhand der Guanofläche detektiert werden, selbst dann nicht, wenn sich die Brutpaarzahlen mehr als verdreifachten. Dies ergaben Analysen an der Kolonie Cape Bird Nord im Zeitraum zwischen 1985 und 2016. Die Ursache dafür liegt wahrscheinlich in der Dichteänderung innerhalb der Nestgruppen. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring the consequences of local climate change on the natural resources of the ice-free regions of Maxwell Bay (King George Island, Antarctic)

Die Fildes-Region (King George Island, South Shetland Islands), bestehend aus der Fildes Peninsula, der angrenzenden Ardley Island sowie allen größeren benachbarten Inseln, gehört zu den größten eisfreien Gebieten im Bereich der maritimen Antarktis und weist eine vergleichsweise hohe Biodiversität auf. Gleichzeitig repräsentiert diese Region mit sechs ansässigen Stationen, zahlreichen Feldhütten sowie einer Landebahn das logistische Zentrum im Bereich der Antarktischen Halbinsel, woraus häufig Interessenkonflikte zwischen den verschiedenen Nutzergruppen und den gesetzlich festgeschriebenen Umweltschutzstandards in der Antarktis resultieren. Aufgrund der hohen Bedeutung langfristiger Monitoringprogramme, insbesondere in Gebieten rasanter klimatischer Veränderungen und mit einem hohen Gefährdungsrisiko für die Schutzgüter der Region, wurde die in den 1980er Jahren begonnene Bestandsaufnahme der lokalen Brutvogel- und Robbengemeinschaft in der Fildes-Region während der Sommermonate (Dezember bis Februar) der Saisons 2012/13 bis 2014/15 fortgesetzt. Daneben erfolgte eine Brutvogelerfassung in allen größeren eisfreien Bereichen der an die Fildes-Region angrenzenden Maxwell Bay. Diese umfassten die Gebiete Barton, Weaver und Potter Peninsula, am Green Point (alle King George Island) sowie für Stansbury Peninsula, Martin und Duthoit Point (alle Nelson Island). Für die Analyse von Langzeittrends der Vogel- sowie der Robbenbestände wurden zusätzlich zu eigenen Erfassungen umfangreiche Daten aus zahlreichen, bislang unveröffentlichten Expeditionsberichten deutscher Wissenschaftler aus den 1980er Jahren sowie sämtlicher verfügbarer Literatur herangezogen. Die Ergebnisse dieser beiden Monitoringschwerpunkte werden in dem vorliegenden Forschungsbericht präsentiert. Deutlich wird hierbei, dass die Mehrzahl der Seevogelarten hinsichtlich ihrer Brutpaarzahlen vornehmlich von natürlichen Umweltfaktoren abhängen, andere dagegen stärker aufanthropogene Einflüsse reagieren. Zusätzlich wurden anhand von Luft- und Satellitenaufnahmen teilweise erhebliche Gletscherrückzugsgebiete ausgewählter Bereiche der Maxwell Bay in Bezug auf die regionale klimatische Entwicklung dokumentiert. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring zu den Folgen von lokalen Klimaveränderungen auf die Schutzgüter der eisfreien Gebiete der Maxwell Bay (King George Island, Antarktis)

Die Fildes-Region (King George Island, South Shetland Islands), bestehend aus der Fildes Peninsula, der angrenzenden Ardley Island sowie allen größeren benachbarten Inseln, gehört zu den größten eisfreien Gebieten im Bereich der maritimen Antarktis und weist eine vergleichsweise hohe Biodiversität auf. Gleichzeitig repräsentiert diese Region mit sechs ansässigen Stationen, zahlreichen Feldhütten sowie einer Landebahn das logistische Zentrum im Bereich der Antarktischen Halbinsel, woraus häufig Interessenkonflikte zwischen den verschiedenen Nutzergruppen und den gesetzlich festgeschriebenen Umweltschutzstandards in der Antarktis resultieren. Aufgrund der hohen Bedeutung langfristiger Monitoringprogramme, insbesondere in Gebieten rasanter klimatischer Veränderungen und mit einem hohen Gefährdungsrisiko für die Schutzgüter der Region, wurde die in den 1980er Jahren begonnene Bestandsaufnahme der lokalen Brutvogel- und Robbengemeinschaft in der Fildes-Region während der Sommermonate (Dezember bis Februar) der Saisons 2012/13 bis 2014/15 fortgesetzt. Daneben erfolgte eine Brutvogelerfassung in allen größeren eisfreien Bereichen der an die Fildes-Region angrenzenden Maxwell Bay. Diese umfassten die Gebiete Barton, Weaver und Potter Peninsula, am Green Point (alle King George Island) sowie für Stansbury Peninsula, Martin und Duthoit Point (alle Nelson Island). Für die Analyse von Langzeittrends der Vogel- sowie der Robbenbestände wurden zusätzlich zu eigenen Erfassungen umfangreiche Daten aus zahlreichen, bislang unveröffentlichten Expeditionsberichten deutscher Wissenschaftler aus den 1980er Jahren sowie sämtlicher verfügbarer Literatur herangezogen. Die Ergebnisse dieser beiden Monitoringschwerpunkte werden in dem vorliegenden Forschungsbericht präsentiert. Deutlich wird hierbei, dass die Mehrzahl der Seevogelarten hinsichtlich ihrer Brutpaarzahlen vornehmlich von natürlichen Umweltfaktoren abhängen, andere dagegen stärker auf anthropogene Einflüsse reagieren. Zusätzlich wurden anhand von Luft- und Satellitenaufnahmen teilweise erhebliche Gletscherrückzugsgebiete ausgewählter Bereiche der Maxwell Bay in Bezug auf die regionale klimatische Entwicklung dokumentiert. Quelle: Forschungsbericht

Überwachung der klimabedingten Veränderungen terrestrischer und mariner Ökosysteme in der Maxwell Bay (King George Island, Antarktis)

Die globale Bedeutung der Antarktis sowie ihre Schutzwürdigkeit liegen im Wesentlichen in ihrer Unberührtheit und ihrer einzigartigen biologischen, geologischen, hydrologischen und historischen Eigenschaften begründet. Der zunehmende anthropogene Druck auf die Antarktis unterstreicht die Bedeutung langjähriger Monitoringprogramme zur Erfassung des Zustands lokaler Ökosysteme. Das im Südwesten King George Islands (South Shetland Islands) gelegene Untersuchungsgebiet der Fildes-Region umfasst die Fildes Peninsula, Ardley Island sowie mehrere unmittelbar vorgelagerte Inseln. Es gehört zu den größten eisfreien Arealen der Maritimen Antarktis und ist geprägt durch eine vergleichsweise hohe Biodiversität, die den starken klimatischen Veränderungen an der Antarktischen Halbinsel unterliegt. Aus diesem Grund wurde das in den 1980er Jahren begonnene Monitoring der lokalen Brutvogel- und Robbengemeinschaft in der Fildes-Region während der Sommermonate (Dezember bis Februar) der Saisons 2015/16 bis 2017/18 fortgesetzt. Daneben wurden weitere umfangreiche Daten aus zahlreichen, bislang unveröffentlichten Expeditionsberichten deutscher Wissenschaftler aus den 1980er Jahren sowie sämtlicher verfügbarer Literatur zusammengestellt, ausgewertet und in dem vorliegenden Forschungsbericht präsentiert. Deutlich wird hierbei eine sehr unterschiedliche Bestandsentwicklung der verschiedenen Vogelarten in der Fildes-Region. Während einige Arten im Langzeitvergleich stabile oder wachsende Bestände aufweisen (Braune Skua, Eselspinguin, Südlicher Riesensturmvogel), zeigen andere Arten starke interannuelle Schwankungen der Brutpaarzahl (Südpolarskua, Dominikanermöwe). Weitere Arten zeigen einen deutlich abnehmenden Bestandstrend (Adélie- und Zügelpinguin, Kapsturmvogel). Ergänzend dazu erfolgte eine Erfassung der Brutvogelbestände in allen größeren eisfreien Bereichen der angrenzenden Maxwell Bay. Weiterhin erfolgte die Fortsetzung der Dokumentation von Gletscherrückzugsgebieten ausgewählter Bereiche der Maxwell Bay in Bezug auf die regionale klimatische Entwicklung. Anhand einer Wiederholungskartierung der Antarktischen Schmiele wurde die Ausbreitung dieser heimischen Grasart nachgewiesen. Daneben wurden Untersuchungen zum Einfluss von Drohnenüberflügen auf das Verhalten und Physiologie von Pinguinen, anderen Seevögeln und Robben durchgeführt und deren Ergebnisse dargestellt. Weiterhin wurde eine Übersicht über alle im Untersuchungsgebiet eingeschleppte, nicht-heimische Arten und die davon ausgehenden Risiken angeführt. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring zu den Folgen von Klimawandel, Forschung und Tourismus auf die Schutzgüter der eisfreien Gebiete der Maxwell Bay (King George Island, Antarktis)

Das Projekt "Monitoring zu den Folgen von Klimawandel, Forschung und Tourismus auf die Schutzgüter der eisfreien Gebiete der Maxwell Bay (King George Island, Antarktis)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Ökologie, Lehrstuhl Ökologie, Arbeitsgruppe Polar- und Ornitho-Ökologie durchgeführt. Ausgangslage: Deutschland (D) betreibt nicht nur das Dallmann-Labor in der Maxwell Bay sondern hat auch langjährige Expertise im Bereich Umweltforschung auf der Fildes Halbinsel und der Maxwell Bay. Daher plant D, zusammen mit Südkorea ein mehrstufiges Monitoringprogramm zur Überwachung der Umweltauswirkungen an den eisfreien Gebieten der Maxwell Bay mit der höchsten Stationsdichte der Antarktis zu entwickeln und durchzuführen. Die Region ist dank deutscher Studien bekannt für große Umweltprobleme verursacht durch Forschung, Logistik und Tourismus. Daneben führt die hier schnell voran schreitende Klimaerwärmung zum Gletscherrückzug und erhöht zusätzlich die Gefahr der Etablierung eingeschleppter Arten. D verfügt bereits über langjährige Datenreihen zum Umweltzustand der Fildes Halbinsel, die hier einfließen und fortgeführt werden sollen. Begründung des Vorhabens: D leitet zusammen mit Chile eine intern. Arbeitsgruppe (IWG) beim CEP, deren Aufgabe es ist, ein umfassendes Umweltmanagement für die Fildes-Region zu erarbeiten. Ziel dabei ist es, die zum Teil erheblichen Umweltbelastungen des Gebietes wirksam zu unterbinden und die Kooperation der dort agierenden Vertragsstaaten zu verbessern. Das Monitoringprogramm ergänzt und unterstreicht diese Bemühungen und gilt als Voraussetzung für den Fortschritt der Arbeiten innerhalb der IWG. Ziel und Methodik des Vorhabens: Durchführung eines gezielten standardisierten Monitorings in der Maxwell Bay, um die durch den Klimawandel und die vielfältigen menschlichen Aktivitäten verursachten Veränderungen auf die Schutzgüter der Antarktis zu dokumentieren. Zunächst werden Brutkolonien erfasst und ggf. Gletscherrückzugsgebiete kartiert, später sollenweitere Parameter (Vegetation, Abwässer, Ölverunreinigungen etc.) bearbeitet werden.

Geometry and flow of the ice cap of King George Island, Antarctica - field measurements and numeric simulation of the dynamics with a full-Stokes 3D-flow model

Das Projekt "Geometry and flow of the ice cap of King George Island, Antarctica - field measurements and numeric simulation of the dynamics with a full-Stokes 3D-flow model" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Geophysik durchgeführt. Die überwiegend temperierte und steilenweise mehr als 300m mächtige Eiskappe von King George Island, Südshetland Inseln, Antarktis, wird aufgrund der Lage in der subpolaren Klimazone und des vorherrschenden maritimen Klimas mit einer Jahresmitteltemperatur von -2,4 Grad Celsius als höchst sensitiv gegenüber sich ändernden Klimabedingungen eingestuft. Insbesondere die während der letzten 50 Jahre beobachteten glazialen Veränderungen können mit der im Bereich der Antarktischen Halbinsel nachgewiesenen regionalen Erwärmungen in Zusammenhang gebracht werden. Der Kenntnisstand über die Dynamik und Massenbilanz des Eiskörpers konnte im Rahmen vorheriger Arbeiten (DFG-Az. LA 542/17-1 und LA 542/17-2) deutlich erweitert werden. Es wurde im Rahmen dieser Arbeiten aber auch klar, daß für eine wirklich umfassende und erfolgreiche Beschreibung der Eisdynamik a) die Datenbasis komplettiert werden muß und b) die numerische Behandlung der FHeßdynamik des temperierten und kleinräumig gegliederten Eiskörpers ohne jede Einschränkung mit einem sog. Full-Stokes-Modell erfolgen sollte. Die Aufgaben des beantragten Vorhabens bestehen darin, flächendeckend Messungen der Eiskörpergeometrie (überwiegend per Helikopter) und von weiteren Fließgeschwindigkeiten an der Eisoberfläche durchzuführen und diese Daten mit einem numerischen 3D-Full-Stokes-Fließmodell der Eisdynamik (d.h. Fließgeschwindigkeit, Spannungsverhältnisse und Temperaturverteilung) zu kombinieren. Das Ziel ist, nach Kalibrierung des diagnostischen Modells prognostische Modellstudien der Eismächtigkeitsevolution und Eisdynamik für verschiedene mögliche Klimaszenarien (insbesondere IPCC-2001-Szenarien)auf King George Island durchzuführen, um die Reaktion kleiner Eiskappen auf Klimaänderungen besser zu verstehen und zu beurteilen.

Monitoring der klimabedingten Veränderungen terrestrischer und mariner Ökosysteme in der Maxwell Bay (Antarktis)

Das Projekt "Monitoring der klimabedingten Veränderungen terrestrischer und mariner Ökosysteme in der Maxwell Bay (Antarktis)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Ökologie und Evolution durchgeführt. a) Zielstellung, fachliche Begründung, zentrale Forschungsfrage benennen: b) Output: zu a) Aufgrund der hohen Bedeutung langfristiger Monitoringprogramme, insbesondere in Gebieten rasanter klimatischer Veränderungen und mit einem hohen Gefährdungsrisiko für die Schutzgüter der Maxwell Bay Region (King George Island, Antarktis), sollen die in den 1980er Jahren begonnene Bestandsaufnahme der lokalen Brutvogel- und Robbengemeinschaft in der Fildes-Region während der Sommermonate (Dezember bis Februar) fortgesetzt werden. Daneben soll eine Brutvogelerfassung in allen größeren eisfreien Bereichen der an die Fildes-Region angrenzenden Maxwell Bay durchgeführt werden. Zudem soll der fortschreitende Gletscherrückgang und Teile der Vegetation kartiert sowie nicht-heimische Arten erfasst werden. Eine zentrale Frage dabei ist, inwieweit sich die Populationsveränderungen natürlichen oder anthropogenen Ursachen (z.B. Klimawandel) zuordnen lassen und ob sie lokale oder überregionale Phänomene darstellen. zu b) Die Ergebnisse des Monitorings sollen wissenschaftlich publiziert und im Umweltausschuss (CEP) der Antarktis-Konsultativstaaten vorgestellt und diskutiert werden. Sie können als Grundlage möglicher Beschlüsse des CEP dienen.

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