Speurtocht naar zeehonden in poolgebied

Onderzoekers van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, Wageningen University & Research en Aeria bezochten de wateren rond Spitsbergen om hoge resolutie dronebeelden te maken van verschillende soorten zeehonden. Na het vergelijken van deze dronebeelden met satellietbeelden kunnen algoritmen worden ontwikkeld om de detectie van zeehonden in satellietbeelden te automatiseren. Tot verrassing van de onderzoekers brachten de satellietbeelden niet alleen de locatie van ringelrobben aan het licht, maar ook sporen van ijsberen. Deze beelden zijn een  waardevol instrument voor het behoud van de zeezoogdieren in het noordpoolgebied. Die zijn sterk afhankelijk zijn van het zee-ijs, wat snel afneemt door de opwarming van de aarde.

Deze zomer zijn onderzoekers erin geslaagd om prachtige dronebeelden te verzamelen van zowel ringelrobben als walrussen. In één fjord, de St. Jonsfjorden, werden verspreid over de fjord twaalf ringelrobben gevonden, rustend op het ijs. Het is echter een hele uitdaging om deze dieren te benaderen en te identificeren. Omdat ringelrobben worden bejaagd door ijsberen, vermijden ze elk ander zoogdier koste wat het kost, of het nu op vier of op twee poten loopt.

"Door een drone te gebruiken, zijn we erin geslaagd hoge resolutiebeelden te maken van ringelrobben op het ijs die rusten naast hun ademgat in het zee-ijs. Op basis van deze beelden kan de soort gemakkelijk worden geïdentificeerd", zegt Geert Aarts, projectleider van het Arctic Seal project. Voor deze specifieke regio hebben de onderzoekers ook satellietbeelden verkregen. Omdat het ijs hier vast zit aan het land en niet beweegt, liggen de locaties van de ademgaten vrijwel vast. Daarom konden de onderzoekers de individuele zeehonden op het dronebeeld direct koppelen aan de ademgaten die zichtbaar waren op de satellietbeelden. "Hoewel we ons al bewust waren van het potentieel van dergelijke satellietbeelden voor het observeren van zeezoogdieren vanuit de ruimte, waren we heel verbaasd toen we ook witte lijnen over het ijs zagen die de ademgaten van de ringelrobben met elkaar verbonden. In deze afgelegen en koude omgeving kan dit maar één ding betekenen: sporen van ijsberen."

Machine learning om arctische zoogdieren te tellen

De resolutie van satellietbeelden is de laatste tien jaar aanzienlijk verbeterd. Deze satellieten, die in een baan om de aarde draaien op een hoogte van meer dan 600 kilometer, kunnen elke plaats op het aardoppervlak fotograferen met een resolutie van 30 x 30 centimeter. Door de dronebeelden van hoge kwaliteit te verkleinen naar een resolutie van 30 x 30 cm, kunnen de onderzoekers een foto creëren die de satellietbeelden uit de ruimte nabootst. "Uiteindelijk kunnen deze beelden dan aan een machine learning algoritme worden gevoed en gebruikt om een neuraal netwerk te trainen", zegt promovendus Jeroen Hoekendijk. Hij maakte deel uit van het onderzoeksteam en werkt aan de verdere ontwikkeling van deze technieken met de École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Door deze vorm van kunstmatige intelligentie vervolgens op satellietbeelden toe te passen, hopen de onderzoekers zeehonden in deze afgelegen en ontoegankelijkegebieden automatisch op te kunnen sporen.

Zeehondensoorten gebruiken het poolijs verschillend

Zeehonden en walrussen zijn bijzonder talrijk in het Noordpoolgebied. Iedere soort heeft zijn eigen unieke kenmerken en relatie met het zee-ijs. Ringelrobben, maken bijvoorbeeld ademgaten in zee-ijs dat aan de kustlijn vastzit. Het zijn een soort buizen in het ijs die wel enkele meters lang kunnen zijn. Ze verbinden het zeewater onder het ijs met de lucht erboven. Door de nagels op hun voorflippers te gebruiken, voorkomen ringelrobben dat deze ademgaten bevriezen. Tijdens de lange en donkere wintermaanden is het ijs bedekt met een dik sneeuwpak, en liggen de ademgaten dus onder de sneeuw. Op het ijs, verborgen onder de sneeuw wordt de pup van een ringelrob geboren. Deze sneeuwholen beschutten het jong tegen de barre omstandigheden buiten.

Zadelrobben rusten en baren daarentegen op het drijvende pakijs. Dit pakijs bedekt in de winter het grootste deel van het noordpoolgebied en verbindt alle landmassa's, maar neemt in de zomermaanden in omvang af. In tegenstelling tot het vastliggende ijs in de fjorden, drijft het pakijs en kan het zich wel enkele kilometers per dag verplaatsen. Plotselinge veranderingen in stroming en windrichting kunnen de geboorteplek van de zadelrob snel doen opbreken.

Walrussen maken ook gebruik van het pakijs, en daar worden ook de meeste jongen geboren. Er kunnen echter ook dieren rustend op het land worden aangetroffen. Tijdens de onderzoeksexpeditie bij Spitsbergen deze zomer hebben de onderzoekers ook dronebeelden van walrussen verzameld, die collega-onderzoekers kunnen helpen om soortgelijke machine learning technieken te ontwikkelen voor deze soort.

Snel veranderende leefomgeving

Uiteindelijk hopen de onderzoekers deze technieken te kunnen gebruiken om zeehonden in het noordpoolgebied te lokaliseren. Als gevolg van de klimaatverandering verandert hun leefgebied snel. Dit is met name het geval voor de noordelijke Barentszzee en de eilanden van Spitsbergen en Franz Josef Land. Deze regio is de snelst opwarmende plek op aarde: de gemiddelde temperatuur stijgt 2,7 graden Celcius per tien jaar. Voor de herfstmaanden is de stijging zelfs 4 graden Celcius per tien jaar. Daarom is het nu extra belangrijk te weten van welke leefomgeving zeehonden afhankelijk zijn, zodat we het effect van de klimaatverandering hierop begrijpen en deze soorten in stand kunnen houden.

Tekst: Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ)
Foto's: Eelke Folmer, Aeria/NIOZ/WUR (leadfoto: ringelrob naast ademgat); Jeroen Hoekendijk, NIOZ