Das Zählen ist die Grundlage jeder ökologischen Studie. Zu wissen, wie viele Tiere und welche Arten in einem bestimmten Lebensraum leben, ist wichtig, um die Beziehungen zwischen ihnen zu verstehen. Dieses Wissen ermöglicht es Wissenschaftlern auch zu quantifizieren, wie sich die Populationen bestimmter Arten im Laufe der Zeit verändern, und zu extrapolieren, wie sich eine Umgebung und die darin enthaltenen Arten in Zukunft verändern können. Dies ist besonders wichtig, um zu bestimmen, ob Management- oder Erhaltungsbemühungen angepasst werden müssen.
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Es ist jedoch unterschiedlich schwierig herauszufinden, wie viele Tiere an einem bestimmten Ort leben. Für Meerestiere wird diese Aufgabe noch schwieriger, da das Meer so groß ist und es ziemlich gut ist, Tiere in seinen Tiefen zu verbergen. Selbst große Säugetiere wie Wale, die einen erheblichen Teil ihrer Zeit an der Meeresoberfläche verbringen, sind schwer zu zählen. Häufig ist die Anzahl auf eine einzelne Person beschränkt, die mit einem Fernglas an Land oder auf einer Schiffsplattform steht oder in einem kleinen Flugzeug über Kopf fliegt, um die schwer fassbaren Wale zu entdecken.
"Walpopulationen waren schon immer schwer einzuschätzen", sagte Peter Fretwell, ein Forscher bei der British Antarctic Survey, in einer Erklärung. "Traditionelle Zählmethoden sind lokalisiert, teuer und ungenau."
Aber was wäre, wenn diese Aufgabe stattdessen automatisiert und auf einmal über ein großes Meeresgebiet ausgeführt werden könnte?
Fretwell und seine Kollegen bei der Umfrage stellten fest, dass zumindest für Wale Satellitenbilder mit sehr hoher Auflösung eine nützliche Abkürzung für die Zählung dieser Tiere darstellen könnten. Obwohl sich einige frühere Studien mit Satelliten als Möglichkeit zur Vermessung von Walen befasst haben, haben diese Bemühungen nicht viel Erfolg gebracht, hauptsächlich, weil die Bilder nicht sehr verfeinert waren. Die jüngsten Fortschritte bei der Bildauflösung und -genauigkeit könnten jedoch ausreichen, um erneute Vermessungsversuche zum Erfolg zu führen.
Sie beschlossen, diese Idee in einer Bucht vor der argentinischen Halbinsel Valdes zu testen, in der sich südliche Glattwale versammeln, um zu brüten. Dank des Walfangverbots scheint die Zahl der bisher gefährdeten Tiere zuzunehmen, aber niemand kennt die tatsächliche Populationsgröße der richtigen Wale.
In einer Studie, die heute in PLoS One veröffentlicht wurde, analysierten die Forscher ein einzelnes Bild von WorldView2, einem Satelliten, der Bilder mit extrem hohen Auflösungen erstellen kann. Das von ihnen aufgenommene WorldView2-Bild überblickte eine Fläche von 60 Quadratkilometern des Ozeans und lieferte Bilder, die tiefer in die Wassersäule eindringen als andere derzeit eingesetzte Satelliten. Das Bild wurde in acht Farbbänder mit einer Auflösung am Boden von etwa zwei Metern pro Pixel und einem panchromatischen Band mit einer Auflösung am Boden von 50 Zentimetern unterteilt.
Um die Wale zu erkennen, untersuchte das Team die Bilder zunächst manuell und verwendete dann eine Bildverarbeitungssoftware, die einen von ihnen geschriebenen Algorithmus zur Walerkennung verwendete. Sowohl die Software als auch die Forscher haben potenzielle Wale eingegrenzt, indem sie drei Fragen gestellt haben: Ist es die richtige Größe und Form, um ein Wal zu sein? Ist es an einem Ort, an dem ein Wal erwartet wird? Gibt es andere herumschwebende Objekte oder eine Unschärfe im Bild, die bedeuten könnte, dass es sich bei einem Wal tatsächlich nur um Blasen, einen Stein oder Vögel handelt?
Auf diesen Bildern identifizierten die Forscher per Hand 55 Wale und 23 andere Objekte, von denen sie vermuteten, dass sie Wale waren. Sie entdeckten auch weitere 13 mögliche Wale unter der Oberfläche. Sie fanden die besten Ergebnisse, um die versteckten Wale zu entdecken, die im fünften Band des Satelliten im violetten Ende des Lichtspektrums (400 bis 450 Nanometer) unter den Wellen lauern.
Ein rechter Wal, betrachtet durch verschiedene Wellenlängen des vom WorldView2-Satelliten erfassten Lichts. (Foto: Fretwell et al., PLoS One) Dem Computer gelang es, 89 Prozent der Wale zu identifizieren, die die Forscher in den Bildern mit der Hand geortet hatten. Der Computer wies jedoch eine 24-prozentige Falsch-Positiv-Rate auf, was bedeutete, dass er Dinge als Wale klassifizierte, von denen die Forscher feststellten, dass es sich nicht um Wale wie Boote handelte. Die Idee ist, die Genauigkeit dieses Algorithmus zu verbessern und Walmessungen zu einer nahezu automatisierten Aufgabe zu machen.
Diese Studie ist eine Proof-of-Concept-Arbeit - eine, die eine potenzielle neue Methode vorstellt. Das Team weist darauf hin, dass vor Ort noch Umfragen durchgeführt werden müssen, um festzustellen, ob auf den Satelliten möglicherweise Wale fehlen oder ob sie voreingenommen sind, um einige Wale gegenüber anderen zu entdecken (zum Beispiel erscheinen Mütter mit Kälbern manchmal als (eher ein verwirrender Klecks als eindeutige Walumrisse). Durch Vergleiche vor Ort, die auf einem Satellitenbild wie ein Wal aussehen, mit dem, was tatsächlich im Ozean schwimmt, wird die Methode weiter validiert.
"Die nächste Herausforderung besteht darin, die Erkennungswahrscheinlichkeiten zu bestimmen und zu verstehen, ob die Anzahl der Bilder als verlässlicher Index für die Populationsgröße oder -präsenz verwendet werden kann", schreiben die Autoren. "Dieses Papier zeigt, dass eine automatisierte Analyse von Satellitenbildern eine gute Übereinstimmung mit manuellen Zählungen erzielen kann. Es ist jedoch mehr Arbeit erforderlich, um sicherzustellen, dass diese manuellen Zählungen der tatsächlichen Anzahl von Oberflächenwalen entsprechen."
Mehrere hintereinander aufgenommene Satellitenbilder könnten dabei helfen, zu identifizieren, was wirklich ein Wal und was ein stationäres Gestein oder eine zerstreuende Welle ist. Sie schreiben auch, dass die Methode am besten in ruhigem, wellenfreiem Wasser funktioniert, was vorerst die Anwendbarkeit einschränkt. Außerdem ist es hilfreich zu wissen, wo sich die Wale voraussichtlich aufhalten, wie in der im Artikel vorgestellten Fallstudie.
Wenn sich die Methode als praktikabel erweist, könnten die Autoren nicht nur mit ihrer Hilfe die Populationen der Glattwale schätzen und überwachen, sondern auch die Anzahl der anderen Walarten bestimmen. In Zukunft werden qualitativ hochwertigere Satellitenbilder verfügbar sein, und die Vermessung von Walen aus dem All wird hoffentlich ein noch genaueres und nützlicheres Instrument für Naturschützer sein, schreiben die Forscher.
