Using remote sensing to monitor the spatial distribution of small pelagic fish in the Greek seas
Authors: Χαραλάμπης-Σπονδυλίδης Σπυρίδων 
Published: April 2024

Η παρακολούθηση της κατανομής των πληθυσμών ψαριών αποτελεί ένα βασικό στάδιο και τη βάση για την χάραξη μίας αποτελεσματικής στρατηγικής διαχείρισης των αλιευτικών πόρων. Η ακριβής και συνεχής παρακολούθηση μπορεί να συμβάλει στην αξιολόγηση της κατάστασης των ιχθυοαποθεμάτων, καθώς και να βοηθήσει στην λήψη αποφάσεων για την προστασία τους όταν και όπου αυτό απαιτείται. Οι παραδοσιακές πρακτικές παρακολούθησης βασίζονται σε μετρήσεις πεδίου, όπως σε ακουστικές μετρήσεις βιομάζας και σε παρατηρητές τοποθετημένους σε αλιευτικά σκάφη. Αυτές οι μετρήσεις, αν και είναι ακριβείς, έχουν περιορισμένη χωρική και χρονική κάλυψη λόγω κόστους και χρονικής απαίτησης για την πραγματοποίηση τους. Ως μια αναδυόμενη τεχνολογία στον τομέα της ωκεανογραφίας τις τελευταίες δεκαετίες, η τηλεπισκόπηση έχει αποδειχθεί ένα ισχυρό εργαλείο για την παρακολούθηση του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Η τηλεπισκόπηση και οι εφαρμογές ωκεάνιου χρώματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη και τον εντοπισμό των περιβαλλοντικών συνθηκών που ευνοούν τις συγκεντρώσεις μικρών πελαγικών ψαριών. Τέτοιες παράμετροι περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση χλωροφύλλης-α και την θαλάσσια κυκλοφορία. Ωστόσο, στην παρακολούθηση των αλιευτικών πόρων, οι υπάρχουσες επιχειρησιακές εφαρμογές συνήθως βασίζονται σε απλή οπτικοποίηση των δεδομένων και δεν μεταφέρουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ειδών και του περιβάλλοντός τους, ή απαιτούν την ερμηνεία πολύπλοκων δεδομένων από μη ειδικούς. Πρόσφατες ακαδημαϊκές έρευνες έχουν δείξει ότι αναλυτικές μεθοδολογίες που συνδυάζουν τις επεξηγηματικές παραμέτρους μέσω μοντέλων για τον εντοπισμό των ιχθυοπληθυσμών μπορούν να περιγράψουν τη χωρική κατανομή μικρών πελαγικών ψαριών αξιόπιστα. Ωστόσο, αυτές οι εφαρμογές δεν είναι διαθέσιμες προς χρήση έξω από τον ακαδημαϊκό χώρο και συνήθως αναφέρονται σε ένα συγκεκριμένο χρονικό σημείο. Το αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της χρήσης της τηλεπισκόπησης στην συνεχή και αυτόματη παρακολούθηση της χωρικής κατανομής ιχθυοπληθυσμών. Για αυτόν τον σκοπό, δημιουργήθηκε μία πιλοτική Γεωχωρική Διαδικτυακή Υπηρεσία (Geospatial Web Service, GWS) που αναλύει, αποθηκεύει και διανέμει ημερήσιες προβλέψεις της χωρικής κατανομής μικρών πελαγικών ψαριών στις Ελληνικές Θάλασσες. Επιπλέον, τα αποτελέσματά της στοχεύουν να αναδείξουν κατά πόσο τα τηλεπισκοπικά δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για την αξιόπιστη και συνεχή παρακολούθηση των αλιευτικών πόρων της Ελλάδας, συνεισφέροντας στην αποτελεσματική διαχείριση ως εργαλείο λήψης αποφάσεων. Η διατριβή διαιρείται σε τρία Κεφάλαια (2-4), το καθένα από τα οποία περιγράφει τα βήματα που ακολουθήθηκαν για να δοθούν απαντήσεις στα παρακάτω θέματα: 1) Την ανάπτυξη της μεθοδολογίας για την απόκτηση, επεξεργασία και εξαγωγή πληροφοριών από δορυφορικά δεδομένα σχετικά με τις σημαντικές ωκεανογραφικές παραμέτρους (Essential Oceanographic Variables, EOVs) της επιφάνειας της θάλασσας που έχουν επεξηγηματική αξία για τη χωρική κατανομή των μικρών πελαγικών ψαριών. 2)Τη δημιουργία μοντέλων πρόβλεψης της χωρικής κατανομής των μικρών πελαγικών ψαριών με δεδομένα τηλεπισκόπησης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συνεχή παρακολούθηση τους. 3) Η ανάπτυξη της πιλοτικής Γεωχωρικής Διαδικτυακής Υπηρεσίας που θα ενσωματώνει όλα τα ερευνητικά ευρήματα της διατριβής και θα διανείμει τα αποτελέσματα προς χρήση. Στο Κεφάλαιο 2 αναπτύσσεται ένα τυποποιημένο πλαίσιο για την απόκτηση και προ-επεξεργασία δεδομένων από την δορυφορική αποστολή Sentinel-3 και τη χαρτογράφηση ωκεάνιων μετώπων μέσω θερμικών δορυφορικών εικόνων. Αναπτύχθηκε μια αυτοματοποιημένη τεχνική βασισμένη στον υπολογισμό της βαθμίδας της Επιφανειακής Θαλάσσιας Θερμοκρασίας (ΕΘΘ) χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό του φίλτρου Sobel και αυτοπροσαρμοζόμενα κατώφλια για την εξαγωγή πληροφοριών σχετικά με τη χωρική κατανομή θερμικών μετώπων στο Βόρεια Αιγαίο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι γνωστοί μέσης κλίμακας ωκεάνιοι σχηματισμοί στην περιοχή, μπορούν να εξαχθούν με χωρική ανάλυση 1χλμ. Παρόλο που η μεθοδολογία είναι ευάλωτη στην συμπερίληψη φαινομένων με χαμηλότερο μέτρο βαθμίδας, είναι ένας αξιόπιστος και πρακτικός τρόπος για την αυτόματη χαρτογράφηση της ωκεάνιας κυκλοφορίας. Επιπλέον, εξερευνήθηκε η χρήση Διαδικτυακών Χαρτογραφικών Υπηρεσιών (Web Mapping Services) για τη διανομή των αποτελεσμάτων μέσω ενός εργαλείου webGIS προς εύκολη κατανάλωση από τους χρήστες. Στο Κεφάλαιο 3 αναλύεται η χρήση των EOVs, υπολογισμένων από δορυφορικά δεδομένα Sentinel-3, για τη μοντελοποίηση της χωρικής κατανομής του γαύρου και της σαρδέλας στο Θρακική Πέλαγος και τον Κόλπο της Θερμαϊκού, στη Βόρεια Αιγαίο. Δεδομένα για τη συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α (CHL), την ΕΘΘ και την ωκεάνια κυκλοφορία από το Sentinel-3, μαζί με βαθυμετρικά δεδομένα, χρησιμοποιούνται για την εκπαίδευση μοντέλων παρουσίας/απουσίας καθώς και για μοντέλα πρόβλεψης βιομάζας. Η ικανότητα πρόβλεψης των μοντέλων εκτιμήθηκε με την σύγκριση δεδομένων πεδίου από ακουστικές μετρήσεις με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η ανάλυση της επίδρασης κάθε περιβαλλοντικής παραμέτρου και των αλληλεπιδράσεών τους κατά την μοντελοποίηση, έδειξε ότι κάθε είδος προτιμάει διαφορετικές συνθήκες, ανάλογα με την περιοχή. Στον Κόλπο του Θερμαϊκού, όπου υπάρχει μεγάλη εκροή γλυκών νερών από ποτάμια, τα είδη προτίμησαν υψηλή συγκέντρωση χλωροφύλλης-α, ενώ στο Θρακικό Πέλαγος η χωρική κατανομή του γαύρου και της σαρδέλας επηρεάστηκαν περισσότερο από την βαθυμετρία και την ΕΘΘ. Η αποκλειστική χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων για τη μοντελοποίηση της χωρικής κατανομής των ειδών ανέδειξε την χρησιμότητα τους για αξιόπιστη και συνεχή παρακολούθηση των θαλάσσιων πόρων. Τέλος, στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται το πως όλα τα ερευνητικά ευρήματα του διδακτορικού συνδυάζονται και χρησιμοποιούνται μέσω ενός ολοκληρωμένου συστήματος. Σε αυτό το τμήμα της διατριβής συζητείται η ανάπτυξη της Γεωχωρικής Διαδικτυακής Υπηρεσίας και των δεδομένων που παράγει. Η υπηρεσία αναπτύχθηκε με την χρήση λογισμικών και γλωσσών προγραμματισμού ανοικτού κώδικα, αξιοποιώντας Web Mapping Services για την διασφάλιση της συμβατότητας με άλλες εφαρμογές webGIS. Η υπηρεσία αποτελείται από ένα διαδραστικό χάρτη όπου εμφανίζονται τα δεδομένα μαζί με διάφορα εργαλεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξερεύνηση της χρονοσειράς, το σχεδιασμό αντικειμένων επάνω στο χάρτη, την εξαγωγή πληροφοριών από τα θεματικά επίπεδα, καθώς και τη λήψη των δεδομένων. Παράλληλα, στην υπηρεσία ενσωματώθηκαν καιρικές προβλέψεις και προβλέψεις κατάστασης της θάλασσας (κυματισμός, άνεμοι κλπ.) με σκοπό να βοηθήσουν στον σχεδιασμό και την ασφάλεια ναυτιλιακών δραστηριοτήτων. Σε αυτό το κεφάλαιο, η μεθοδολογία της μοντελοποίησης της χωρικής κατανομής των ειδών διευρύνεται για να καλύψει ολόκληρη την επικράτεια των Ελληνικών Θαλασσών και τα δεδομένα, μαζί με τα εξάγωνα EOVs από δορυφορικά τηλεπισκοπικά δεδομένα, διανέμονται με χωρική κατανομή 1χλμ. Η υπηρεσία αποτελεί ένα πρώτο βήμα για την συνεχή παρακολούθηση των μικρών πελαγικών ψαριών στις Ελληνικές Θάλασσες και έχει τη δυνατότητα να επεκταθεί, συμβάλλοντας στον σχεδιασμό της διαχείρισης των αλιευτικών πόρων.