Введение к работе
Актуальность работы. Популяция белых медведей условно разделяется на 15 эколого-географических группировок с численностью 21470-28370 особей и плотностью распределения порядка 1 особь на 141-269 км2. Основные принципы выделения группировок базируются на общих эколого-географических критериях. Степень изученности ключевых аспектов экологии белого медведя характеризуется значительной неравномерностью. По оценкам Международной экспертной группы специалистов по белому медведю наименее изученными являются Чукотская, Лаптевская, Земли Франца-Иосифа и Новой Земли, Шпицбергенская и Гренландская группировки, обитающие в акваториях морей Российской Арктики. Это объясняется тем, что последнее десятилетие другие группировки интенсивно исследовались с использованием наземных, самолетных и спутниковых систем наблюдений и биотелеметрия. Традиционные методы имеют ряд существенных недостатков, обусловленных сложностью наземных методов сбора данных в экстремальных условиях Арктики. Поэтому требуется создание оперативных методов мониторинга, отвечающих реальной динамике перемещений медведей на большой территории Арктики в условиях значительной вариабельности местообитаний. К малоизученным аспектам экологии белых медведей Российской Арктики относятся сезонная и годовая активность, мобильность, пространственная ориентация для различных репродукционных статусов самок, характер использования типов местообитаний (суши, островов, типов морского льда) и др. Существующий уровень знаний затрудняет создание строгой теории механизма взаимодействия вида с быстроизменяющеися средой обитания Арктики. Фрагментарные исследования отдельных группировок Российской Арктики на основе космического мониторинга были начаты в
БИБЛИОТЕКА |
СП«и««лх- грУ |
ИПЭЭ РАН с участием диссертанта в 1992 г. В 1992-1998 гг. впервые были разработаны методы оценивания пространственно-временной динамики параметров местообитаний, границ ареалов и характера использования ресурсов по синхронным данным спутниковой биотелеметрии и дистанционного зондирования.
В диссертации на основе развития систематического спутникового мониторинга впервые созданы некоторые теоретические основы изучения механизмов поведения и адаптации белого медведя, выполнены экспериментальные исследования, подтверждающие высокую эффективность космического мониторинга для изучения активности, мобильности, направления перемещений, поведения, характера использования местообитаний в экстремальных условиях и при отсутствии освещенности.
Объект исследований. Изучение экология белого медведя в естественных условиях обитания по данным спутниковой биотелеметрии, синхронного дистанционного зондирования и морфометрических измерений в период мечения.
Предмет исследований. Новые методы мониторинга на основе использования современных космических систем наблюдения для изучения экологии белого медведя, механизмы адаптации и поведения по оценкам типов местообитаний, эколого-географическая дифференциация, активность, мобильность, стратегии перемещений и использования ресурсов, границы ареалов, биологические циклы, математические модели оценки типов местообитаний и характера использования ресурсов. Цель работы. Основной целью диссертации являлось изучение экологии белого медведя в экстремальных условиях Арктики и глобальных изменений, создание фундаментальных основ изучения механизмов адаптации и поведения на базе оценок существенных экологических параметров, математических методов оценки селективности типов
морского льда, синтезированных с использованием спутниковых измерений высокого разрешения и данных биотелеметрии. Значительное место в работе занимают исследования и разработка новых методов и алгоритмов обработки данных спутниковой телеметрии и дистанционного зондирования для изучения региональных и сезонных изменений мобильности белых медведей, характера использования типов местообитаний в зависимости от репродуктивного статуса самок. Задачи исследования:
Изучение методов получения данных по экологии белого медведя и сравнительный анализ результатов исследований в нашей стране и за рубежом;
Исследование и разработка современных методов мониторинга для картографирования арктических местообитаний на основе спутникового мониторинга и биотелеметрии;
Разработка методологии и проведение непрерывного синхронного мониторинга группировок белых медведей в арктических морях России;
Исследование и разработка алгоритмов первичной обработки и классификации местообитаний по спутниковым микроволновым данным;
Разработка алгоритмов и программ для оценки доступных категорий местообитаний белых медведей в терминах концентраций и типов морского льда с использованием данных спутникового мониторинга;
Разработка алгоритмов и программ для оценки характера использования белыми медведями типов местообитаний на основе максимума функции правдоподобия, проверка статистических гипотез о предпочтительном выборе категорий местообитаний;
Исследование региональных и сезонных изменений активности и
мобильности белых медведей и характера использования типов
местообитаний в зависимости от репродуктивного статуса.
Методологическая основа. В работе применен метод научного познания,
базирующийся на экологических исследованиях с использованием
спутниковых биотелеметрических и сенсорных измерений,
моделирования, геоинформационных систем и информационных
технологий. При разработке алгоритмов использовались методы физики
морского льда, математической статистики и математической
картографии. Для обработки и расчета результатов исследований
применялись стандартные пакеты и программные разработки группы
экоинформационных систем и космического мониторинга ИПЭЭ РАН.
Теоретические основы исследования. Теоретические основы
исследований базируются на достижениях современной зоологии,
экологии, дистанционных методов, спутниковой биотелеметрии, оценках
индексов разнообразия местообитаний, методах корреляционного анализа,
статистических оценках индексов селективности, параметрических и
непараметрических статистических критериев сравнения;
интегрированных базах данных дистанционного зондирования, биотелеметрии, морфометрических измерений.
Научная новизна диссертации. Автором впервые получены оценки ареала обитания, активности и мобильности самок белого медведя в Баренцевом, Карском и Лаптевых морях и показана зависимость перемещений самок от динамики ледового покрова и репродуктивного статуса, доказано отсутствие традиционно используемых понятий путей миграций белого медведя, справедливость гипотезы об избирательном характере использования самками белого медведя определенных типов местообитаний, изменяющемся в зависимости от сезонов года и репродуктивного статуса. По данным телеметрии определены
местоположения родовых и временных берлог, даты залегания и выхода из берлог, оценены активность и направления перемещений самок после выхода из берлог. Показано, что в указанных регионах родовые берлоги располагаются как на суше, так и на морском льду. Впервые созданы многолетние базы данных, позволяющие анализировать различные гипотезы о механизмах поведения и адаптации белого медведя к экстремальным условиям Арктики. Разработаны методология, алгоритмы и программы для оценки характера использования самками белых медведей основных типов местообитаний и проверки статистических гипотез о предпочтительном выборе категорий местообитаний. Основные положения, выносимые на защиту.
Методология мониторинга и сбора данных по экологии белого медведя на основе современных систем спутникового зондирования и биотелеметрии для картографирования арктических местообитаний.
Алгоритмы первичной обработки изображений и классификации типов морского льда по микроволновым данным (алгоритмы классификации на основе модели линейной смеси и эталонных таблиц).
Анализ методов сбора и обработки данных спутниковой биотелеметрии для слежения за перемещениями самок белых медведей, определения времени залегания и выхода их родовых берлог и анализ морфометрических данных, полученных в период мечения.
Методы обработки данных спутниковой телеметрии для исследования региональных и сезонных изменений мобильности белых медведей и изучения характера использования типов местообитаний на основе оценок функций предпочтительности и статистических тестов.
Методы исследования мобильности и характера использования типов местообитаний в зависимости от трехгодичного репродуктивного статуса.
Практическая ценность работы. Использование спутниковых средств слежения позволяет изучить статус различных популяций белого медведя, особенности экологии самок белого медведя в зависимости от репродуктивного статуса и учитывать их при оценке состояния популяции белого медведя и организации ее охраны. Разработанные методологии и проведенные исследования имеют важное значение для систематических исследований экологии этого вида: структуры и численности популяции, современных границ ареала, мест размножения, кормовых ресурсов, возможных изменений среды обитания и др.
Основные результаты работы предложены для использования: 1) в Отделение биологических наук РАН как фундаментальные исследования местообитаний крупных млекопитающих Арктики; 2) в Министерство природных ресурсов для оценки статуса популяции белого медведя в морях Российской Арктики; 3) в Министерство промышленности, науки и технологий РФ для разработки новых поколений сенсоров для экологического мониторинга, алгоритмов обработки данных и технологии тематического картографирования местообитаний в условиях глобальных изменений климата.
Апробация результатов исследования. Различные разделы работы апробировались на: 1) Международном симпозиуме «Применение дистанционного зондирования в науках о Земле», IGARSS'96. Линкольн, Небраска, США, 27-31 мая 1996 г.; 2) Международном симпозиуме «Применение дистанционного зондирования в науках о Земле», IGARSS'97, Сингапур, 4-8 августа 1997 г.; 3) Российско-Американском симпозиуме, посвященный 25-летию Российско-Американского соглашения по охране окружающей среды. Вашингтон, США, 15-18 июня 1997 г.; 4) Международный симпозиуме «Применение дистанционного зондирования в науках о Земле», IGARSS'99. Гамбург, Германия. 28 июня - 2 июля 1999 г.; 5) Международном симпозиуме по проблемам
исследований Арктики и глобальным изменениям, Фэрбанкс, США, 23-26
октября 2000 г.; 6) Всероссийской научной конференции «Дистанционное
зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими
средствами», Муром, 20-22 июня 2001 г.; 7) Международном симпозиуме
«Влияние Арктики на глобальные изменения», Рованиеми, Финляндия, 25-
27 октября 2001 г.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 статей и 10
научных отчетов.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения и списка литературы из /С/источника. Объем работы: 44о
страницы текста, ^рисунков, 4«таблиц.
