КАРТОГРАФИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПТИЦ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ИХ РЕСУРСОВ

 

Юдкин В.А.

ИСиЭЖ СО РАН, Новосибирск

 

 

Ранее предлагалась общая схема картографического мониторинга ресурсов птиц в репродуктивный период [1]. К настоящему времени на ее основе разработана технология мониторинга. Она относительно малозатратна, предполагает минимум полевых исследований и в значительной степени основывается на дистанционной диагностике. Сущность ее в общих чертах сводится к следующему.

 Этап I. Деление интересующей территории на наименьшие (и по возможности равные) пространственные единицы рассмотрения, и отображение этого деления на карте-основе. Поскольку характер распределения каждого из картируемых объектов, как правило, уникален, то и деление территории на наименьшие единицы должно быть единым для всех объектов. Благодаря этому все планируемые тематические карты будут полностью совместимыми. Главная задача состоит в определении приемлемой для всех объектов величины этой единицы.

Этап II. Оценка исходного состояния численности отслеживаемых видов в период начала мониторинга. Эта оценка включает в себя 7 следующих операций.

1. Характеристика проявления факторов в исходный момент времени для определения величины пригодного пространства и его экологической емкости. Такие оценки выполняются по дистанционным материалам для каждой из наименьших единиц, выделенных на первом этапе.

2. Определение реальной плотности каждого вида в конкретный год (количества птиц в пересчете на единицу пригодной для обитания вида площади).

3. Моделирование обилия каждого вида на каждую из необследованных наименьших единиц в данный год (на основе характеристик факторов и величины реальной плотности).

4. Перенесение модельных данных по обилию на информационно-аналитическую карту.

5. Построение (при необходимости) тематических карт по отдельным видам.

6. Расчет ресурсов.

7. Дополнительная оценка популяционных параметров в год наблюдений.

Этап III. Повторные оценки состояния каждого вида на контролируемой территории в последующие годы. Эта оценка включает в себя повторение всех операций этапа II, но, естественно, на основе актуальных состояний реальной плотности и факторов среды.

Этап IV. Сопоставление оценок состояния вида (на уровне абсолютных значений численности, тематических карт, отражающих характер распределения, популяционных параметров) в различные годы и выявление тенденций.

Самым сложным является корректное выполнение работ первых двух этапов. При их удачном прохождении третий этап будет лишь автоматическим повторением ряда уже отработанных процедур.

Изложенная технология реализована для населения птиц 15-километровой зоны вокруг Новосибирского аэропорта «Толмачево». Работы выполнены в рамках решения практических задач по снижению вероятности столкновения птиц с самолетами в районе аэропорта. В частности, было необходимо выявить источники и основные причины возникновения самолетоопасных ситуаций. Для этого выявлялась численность и характер распределения всех птиц в упомянутой зоне. Построение карт реализовано в программе «MapInfo 6.5», для расчетов использован пакет прикладных программ Банка данных ИСиЭЖ СО РАН. К настоящему времени проведены работы по первым двум этапам, а их подробное описание приводится ниже. Все изложенное здесь относится к репродуктивному периоду в жизни птиц.

 

Этап I

Виды птиц существенно различаются по величине и, как следствие, участки обитания самых мелких и самых крупных из них могут различаться по площади в тысячи раз. Поэтому наименьшие пространственные единицы, наиболее удобные для отображения распределения одних птиц могут быть совершенно непригодными для других. Например, бессмысленно характеризовать обилие на площади, которая во много раз меньше индивидуального участка одной особи. В тоже время расчет среднего обилия на площади слишком большой единицы рассмотрения приведет к значительным потерям информации о характере распределения вида внутри нее. Первая проблема возникает с картированием распределения крупных форм, когда единица рассмотрения выбрана наиболее удобной для видов мелких размеров, а вторая – наоборот. Поэтому здесь весьма важно найти золотую середину.

Таким решением проблемы для населения птиц признано деление всей площади на квадраты со стороной 2 км. При допущении стопроцентной пригодности одного такого квадрата для обитания видов на нем может разместиться от нескольких индивидуальных (семейных) участков птиц средних размеров, до нескольких сотен – наиболее мелких видов. Виды этих двух размерных групп составляют подавляющее большинство птиц. Кроме того, индивидуальные участки некоторых крупных форм ненамного превышают площадь этого квадрата. Деления 15–километровой зоны вокруг аэропорта на наименьшие пространственные единицы рассмотрения отображено отдельной картой, совмещенной с топографической основой (рис. 1).

  • Показать рисунок 1

    Каждая из выделенных единиц (квадратов) для удобства имеет буквенно-числовую маркировку. При создании электронного варианта этой карты в электронной таблице помимо символьного поля с индексом, маркирующим квадрат, для каждого вида определено свое поле вещественного типа для помещения в него величины обилия (рис. 2).

  • Показать рисунок 2

    Этап II

    Ключевая и наиболее сложная задача при мониторинге ресурсов птиц – это оценка абсолютной численности какого-либо вида на определенной площади. Абсолютный учет всех обитающих на ограниченном участке особей возможен для некоторых наиболее крупных и хорошо заметных видов лишь в хорошо освоенных районах и при значительных трудозатратах. Шире распространены прогнозные оценки численности на основе выборочных эмпирических оценок обилия [например, 2, 3]. В этом случае для корректного прогноза на необследованную территорию (моделирования, экстраполяции) необходима система индикационных признаков среды.

    Для характеристики и индикации распределения отдельных видов птиц разработана специальная система факторов среды, функционально связанных с этими видами. Сущность используемых понятий, типология и принципы оценки этих факторов, а также соответствующая ей эколого-географическая классификация птиц изложены в специальной публикации [4] и поэтому здесь не приводится. На основе этих факторов, эколого-географической классификации птиц и анализа обширных эмпирических данных сформирована концептуальная модель зависимости обилия видов от факторов для прогнозирования обилия птиц на той или иной территории. Общий вид этой модели следующий:

     

    Nin=Nint f(ain) f(bin) f(cni) f(dni) k1..z                                                  (1)

    где Nin – обилие вида (подвида) i в гнездовой период в выделе n; Nint – реальная плотность вида n; f – функция обилия от факторов среды; ain – количество пригодного для вида (подвида) i доступного субстрата на площади, занятой предпочитаемой топоархитектурой в выделе n; bin – доля площади выдела n с топоархитектурой, которую предпочитает вид (подвид) i; cni – отклонение широтно-климатических условий в выделе n от их интервала, предпочитаемого видом i (или удаленность выдела n от широтно-климатической зоны предпочтения вида); dni – удаленность выдела n от долготного сектора предпочтение вида i; k1,...,z – функция обилия от внутренних и неучтенных внешних факторов (они должны быть выделены из всей совокупности условий таким образом, чтобы каждый из них не был функцией какого-либо другого).

     

    Параметры ain и bin могут считываться с крупномасштабных аэрофотоснимков, cni – с климатических, а dni – с физических карт. Для каждого из этих параметров подобрана стандартная функция, аппроксимирующая характер зависимости обилия от фактора. Для всех функций на основе эмпирических данных рассчитаны величины всех коэффициентов регрессии. Все они приведены в упомянутой публикации. Результаты расчета по всем приведенным в уравнении (1) функциям получаются нормированными в долях от единицы. Размерностью обилия обладает лишь величина Nint. Это создает значительные удобства при расчетах и других манипуляциях с данной моделью.

    Поскольку в данном случае площадь, на которую составлялись орнито-географические карты, невелика, то широтными и долготными изменениями обилия на ней можно пренебречь. Поэтому для расчета обилия использован лишь фрагмент уравнения (1) без учета функций f(cni) и f(dni). После подстановки на место f(ain) f(bin) стандартных функций, которыми аппроксимируются эти зависимости, и полученных ранее коэффициентов регрессии, уравнение, по которому производился прогноз обилия на необследованные выделы, приняло вид

     

    Nin= Nint bin exp[20(ain-0,6)3] k1..z.                                                (2)

    В число факторов k1..z  включены такие, как антропогенное беспокойство, влияние миграций на плотность населения, а также ряд индивидуальных, значимых лишь для определенных видов факторов. Характер зависимости от них обилия разных видов изучен ранее. В данное уравнение на место k1..z  подставлялись уже готовые множители, нормированные по единице.

    Численность вида в определенном районе в какой-либо конкретный год определяется, с одной стороны, общей численностью вида (подвида или географической популяции), а с другой стороны, величиной пригодной для его обитания площади и ее емкостью. Общая численность вида в свою очередь зависит не только от условий в местах размножения птиц, но и от экологической емкости зимовок, величины благоприятных площадей в местах остановок в период миграций, а так же от внутрипопуляционных факторов. Эта характеристика может существенно различаться по годам. То, как отражается на обилии абсолютная численность популяции в определенный год, выражено через реальную плотность в изучаемом районе (Nint). Величина пригодной для обитания площади и ее емкость в данном случае характеризуется параметрами ain, и bin.

    1. Проявление факторов, относящихся к группам ain , и bin, считывалось с аэрофотоснимков М 1:25000. Для этого изображение на снимках соотносилось с сеткой деления на наименьшие пространственные единицы. Для каждого из выделенных квадратов (см. рис. 1) оценено проявление каждого фактора из этих двух групп. Примеры таблиц с подобными факторными характеристиками опубликованы ранее. Следует отметить, что в настоящее время оценена связь обилия птиц с факторами не только на уровне их типов, но и составлены описания специфических для многих видов проявлений среды [5]. Поэтому при считывании с аэрофотоснимков факторы рассматривались не на уровне типов, а подробнее. Эта же информация о факторах использована и в расчетах, что позволило выполнить более детальный прогноз обилия птиц.

    2. Для определения реальной плотности каждого из видов в 2001 году в данном районе было заложено 12 маршрутов. На этих маршрутах в течение года проводились учеты птиц. Учетные маршруты размещались на территории аэропорта и вокруг него таким образом, чтобы представительно обследовать все разнообразие условий обитания птиц на изучаемой территории. Учеты птиц проведены по одной из традиционных методик [6, 7]. Величина Nint для прогнозных расчетов получена как средняя арифметическая этих величин на каждом учетном трансекте, где bin было более 0,1, а ain попадало в интервал 0,5–0,7.

    Специфика решаемой проблемы не допускает существенного несоответствия картографических построений и изучаемой реальности, т.к. оно может привести к серьезным последствиям. Поэтому параллельно с выполнением характеристики распределения птиц, проводилась и проверка того, насколько адекватна прогнозная характеристика реальному состоянию объекта. Для этой оценки использованы учетные работы по определению Nint. До начала работ на территорию будущих трансектов, где планировались учеты птиц, был выполнен предварительный прогноз неоднородности обилия по уравнению (2) без участия множителя Nint , поскольку его величина была еще не определена. После проведения учетов птиц была оценена точность прогноза. Для оценки его качества по каждому виду рассчитан коэффициент корреляции прогнозных и эмпирических значений обилия. Средняя арифметическая коэффициентов корреляции для всех учтенных видов составила 0,65, а средняя взвешенная (чем выше сумма всех показателей обилия вида, тем больше вклад его коэффициента корреляции в среднюю) – 0,81. При этом, как и в других случаях такого прогноза [4, 5], отчетливо заметна тенденция: чем заметнее вид и чем он многочисленнее (а следовательно надежнее эмпирическая оценка его обилия), тем выше коэффициент корреляции.

    3. После оценок реальной плотности и проявления факторов для каждого из выделенных квадратов (наименьших единиц рассмотрения) по уравнению (2) рассчитано обилие всех фоновых видов, обитающих на картируемой площади. Расчеты выполнены с использованием пакета прикладных программ Банка данных ИСиЭЖ СО РАН. Обилие выражено в числе особей на квадратный км.

    4. Информация вещественного типа по обилию каждого из этих видов занесена в таблицу электронной карты в формате MapInfo. Фрагмент информационного окна, имеющегося на этой карте для каждого выделенного квадрата, изображен на рисунке 2. Содержание таблицы этой карты позволяет средствами MapInfo без труда рассчитать численность любого вида в 15-километровой зоне. Для решения поставленных практических задач на основе данной карты создана серия тематических карт. Например, каждая из карт, посвященных какому-либо одному из самолетоопасных видов, иллюстрирует характер его распределения по территории (рис. 3).

  • Показать рисунок 3

    Кроме этого, исходная карта послужила для получения обобщенной тематической информации, касающейся не отдельных видов, а орнитокомплексов в целом. Так опасность для самолетов возрастает с увеличением массы птиц. В то же время мелкие формы, как правило, многочисленнее, а некоторые из них образуют большие плотные стаи. Из-за этого вероятность столкновения с такими видами выше, чем с более крупными птицами. Поэтому в Европе за основную величину, характеризующую степень орнитологической опасности над той или иной территорией, принята суммарная биомасса птиц [8]. Мы считаем, что значительное количество видов средних и крупных размеров в течение большей части лета не представляют опасности из-за особенностей своего образа жизни (рябчик, глухарь, камышница, погоныш и др.). Опасны в первую очередь много летающие виды. Поэтому в качестве характеристики опасности нами принята не биомасса всех птиц, а лишь суммарная масса особей, одномоментно находящихся в полете. Для картирования этой характеристики орнитокомплексов использована исходная карта в совокупности со знаниями о средней сырой массе одной особи каждого вида и информацией, полученной в результате специальных исследований полетной активности видов. Результат этого картирования отображен на рисунке 4.

  • Показать рисунок 4

    В заключение следует отметить, что создание подобной ГИС без существенных затрат может использоваться для мониторинга ресурсов птиц и в более мелком масштабе. В частности оптимальным может быть отслеживание изменений численности видов на уровне административных районов или областей.

     

     

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Yudkin V. Adaptation of zoological cartography for monitoring: a special structure of legend and way to use it. // Bird Numbers (12th international conference of IBCC and EOAC, 14-18 September 1992). Noordwijkerhout (The Netherlands), 1992, p. 186.

    2. Sauer J.R., Pendleton G.W., Orsillo S. Mapping of Bird Distributions from Point Count Surveys // Monitoring Bird Populations by Point Counts. PSW–GTR–149. –Albany: Pacific Southwest Research Station, Forest Service, U.S. Department of Agricultureб 1995. –187 p.

    3. Hagemeijer E.J.M., Blair M.J. (Editors). The EBCC Atlas of European Breeding Birds: Their Distribution and Abundance. –London: T & A D Poyser, 1997 –903 p.

    4. Юдкин В.А. Организация пространственного распределения птиц в репродуктивный период. –Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2000. –105 с.

    5. Юдкин В.А. Птицы подтаежных лесов Западной Сибири. –Новосибирск: Наука, 2002. –488 с.

    6. Равкин Ю.С. К методике учёта птиц лесных ландшафтов // Природа очагов клещевого энцефалита на Алтае. –Новосибирск: Наука, 1967. –С. 66-75.

    7. Равкин Ю.С., Доброхотов Б.П. К методике учёта птиц лесных ландшафтов во внегнездовое время // Организация и методы учёта птиц и вредных грызунов. –М.: б.и., 1963. –С. 130-136.

    8. Beklova M. Prognosis of the degree of danger represented to czechoslovak airport traffic by birds // Folia zool., 1988,37. N 2. –P. 145-155.