Hayvan Göçü Çalışmalarında Radarın Kullanımı - Evrim Ağacı
Bu yazıyı 8 dakika 1 saniyede okuyabilirsiniz.
Birçok hayvan göç eder, ve göç alanları birkaç santimetreden yüzlerce kilometreye kadar değişebilir; hatta bazıları tüm dünyayı kat edebilir (Dingle 1996). Göç eden bireyleri uzun mesafeler boyunca takip etmek, hayvan göçleri araştırmalarının zorluklarından biridir. Radar kullanmak, araştırmacılara göç irtifasını, hızını, kuşlar, yarasalar ve hatta böceklerin göç sırasındaki kanat vuruşu sıklığını inceleme imkanı verir (Bruderer 1997).
Radar Teknolojisinin Tarihi
Hayvan göçlerinde radar kullanmanın olası değeri, ilk kez II. dünya Savaşı sırasında, radar ekranlarında göç eden kuşlar dolayısıyla ‘hayalet sinyaller’ belirdiği zaman keşfedildi (Buss 1946). 1960’lardan bu yana, radar göç hayvanları araştırmalarında geniş çapta kullanılan bir teknik haline geldi (Bruderer 1997).
WSR-57 radar (Weather Surveillance Radar - 1957) dahil olmak üzere ilk versiyonların yerini, Yeni Nesil Hava Radar programı NEXRAD (Next Generation Weather Radar) aldı. WSR-88D (Weather Surveillance Radar 88 Doppler) olarak da bilinen NEXRAD, eski Doppler barındırmayan meteorolojik radarların yerini alan bir Doppler sistemi. NEXRAD, Birleşik Devletler ve güney Kanada’yı kapsayan 159 radardan oluşan bir ağ olup Amerika Ulusal Hava Servisi tarafından yönetilmektedir.
NEXRAD radar sistemi, eski WSR-57 radar sistemine kıyasla daha yüksek güç kapasitesine ve çözünürlüğe sahiptir. Böylelikle göç eden hayvanları daha ileri bir hassasiyet ile algılayabilir, radara karşı ve radara doğru göç eden hayvanların hareketlerinin yön ve hızını tespit edebilir (Russell & Gauthreaux 1998).
Göçmen hayvanları araştırmak amacıyla, bazıları aşağıda tanımlanan farklı türlerde radarlar kullanılmaktadır.
Radar Teknolojisinin Temelleri
‘Radar’ terimi, radyo algılama ve menzil tayini kelimelerinin kısaltmasıdır (İngilizce: radio detection and ranging). Elektromanyetik dalgalar, bir antenden farklı yalıtkan özelliklerdeki (bir maddenin manyetik enerji ve elektrik enerjisini muhafaza edebilme gücü) yeni bir maddeye çarptıkça dağılan darbeler halinde yayılmaktadır.
Bu vuruşlardan gelen enerjinin bir kısmı radar antenine geri yansır. Bu şekilde hedefle radar konumu arasındaki mesafe yansımanın ölçüldüğü süre, ışık hızı, anten tarafından gönderilen ışın genişliği ve antenin konumu kullanılarak ölçülebilir.
Darbe büyüklükleri radarın çözünürlüğünü etkileyebilir. Genel olarak, daha küçük bir darbe daha yüksek çözünürlük verir. Daha dar bir ışınla birlikte daha küçük darbeler hedefin konumuna ilişkin en iyi bilgiyi sağlar ve tek bir yankının birçok hedefi içermesi olasılığını düşürür. Çoğu durumda, net yankılar oluşturdukları için göç eden hedefleri ayırt etmek oldukça kolaydır; ancak geniş kuş ya da yarasa grupları farklı darbe büyüklüklerini alarak radarda ek yankılar oluşturabilir (Bruderer 1997).
Radarın hedefleri başarıyla tespit etmesi ve içlerinde ayrım yapabilme kabiliyeti aynı zamanda dalgaboyundan da etkilenir. Daha düşük frekansa uyumlu daha uzun dalga boyu, sert hava koşulları gibi çevresel etkenlerden daha az etkilenir. Diğer yandan kısa dalgaboyu, bir başka deyişle yüksek frekans, daha küçük bir alan içerisinde daha küçük hedefleri algılayabilir. Kısa dalgaboyu sisteminin bir başka avantajı da büyük antenlere görece daha küçük antenlerden verilen keskin ışınlar ile kullanılabilmesidir; hassasiyetleri de genellikle daha iyidir (Bruderer 1997).
Göç Araştırmalarında Radarın Avantajları ve Kısıtlamaları
Radar, görsel incelemeler, tuzağa düşürme ve sarma gibi tekniklere nazaran göç incelemeleri için; uzun mesafeler boyunca ve irtifada iyi kullanılabildikleri, karanlıktan etkilenmedikleri, hava koşullarından nispeten bağımsız oldukları için daha kullanışlıdır (Cooper ve ark. 1991, Bruderer 1997). Böylece zamanlama ve göç yönleri ile ilgili fikir verebilir ve hatta göçmen hayvanların kanat vuruş şekillerini ölçebilirler (Bruderer 1997). Ancak radar, uçan bireyleri sadece önceden belirlenmiş mesafesinde tespit edebilir. Göç yolu radar ışınlarının üzerinde ya da altında olan herhangi bir birey tespit edilemez (Russel & Gauthreaux 1998).
Göç Araştırmalarında Kullanılan Radar Türleri
Göç araştırmalarında kullanılmakta olan değişik türlerde radarlar vardır. En sık kullanılanlar arasında sürekli dalga radarı, nexrad, harmonik radar, darbe radarları ve Doppler bulunur. Darbe radarları radyo dalga enerjisinin salındığı ve geri döndüğü süre farkını kullanarak hedefe olan uzaklığı hesaplar. Doppler de bir darbe radarıdır, ancak darbede dalga boyundaki kayma, hedefin radara göre olan hızından dolayı meydana gelen fark olan Doppler kayması kullanılarak analiz edilir. Bunun faydası, hareket eden nesneleri sabit olandan ayırabilmesidir. Sürekli dalga radarları da Doppler kaymasını kullanır, ancak sırayla radyo dalga darbeleri yaymak ve yeniden almak yerine, bu tür radarlar ayrı alıcı ve vericilere sahiptir (Bruderer 1997). Harmonik radarlar, takip edilecek olan birey üzerine eklenebilen bir pusuladaki redresör devresini kullanır. Devre, yayılan dalganın tam yarı boyunda dalgalar ile bir yankı oluşturur (Chapman ve ark. 2011).
İlgili Teknoloji: Sonar
Su ortamındaki göçleri incelemek kısmen zordur. Örneğin gelgit, su derinliği, yüzen maddeler ve düşük görüş netliği, göç eden su hayvanlarını sadece geleneksel yollar kullanarak araştırabilmeyi engeller.
Radarın kuzeni denebilecek olan sonar, su ortamındaki hedefleri tespit etmek için elektromanyetik yerine akustik sinyaller kullanır. Krumme & Saint Paul, 2003 senesinde Kuzey Brezilya’da bir sualtı ormanında farklı balık türlerinin hareketlerini araştırmak için sonar teknolojisini kullandılar. Akustik kayıtlarında farklı balık türlerinin göç hareketlerini başarıyla tanımlayabildiler. Belirgin bir göç şeklini sonar kullanılarak gözlemleyebilen araştırmacılar, gelgit akıntılarında yaşayan balık türlerinin çevre dahilinde edilgen olarak hareket ettiği görüşünün yanlışlığını kanıtladılar. Elde ettikleri veriler, bunun yerine hatırı sayılır miktarda göç yolunun kaynak bakımından zengin alanlarda toplanmak amacıyla akıntının ters yönünde ilerlediğini açıkça gösterdi.
Örnek olay 1: Göç araştırmasında NEXRAD sisteminin kullanımı
Kuşlar ve yarasaların göçlerini incelemek için birçok çalışmada NEXRAD radarları kullanılmıştır. Örneğin Russel & Gauthreaux, uçuştaki kuşların sayısını tahmin edebilmek amacıyla, mor kırlangıçları (Progne subis) NEXRAD kullanarak inceledi. Radar ekranında, kalkışları, genel hatlarıyla yoğunluğu artan bir dairesel toplanma şeklinde görülebildi. NEXRAD radarı, önceden bilinmeyen tünek yerlerini tanımlaya da yardımcı oldu (Russel & Gauthreaux 1998).
Diehl ve çalışma arkadaşları, 2003 senesinde NEXRAD radarları kullanarak A.B.D. Great Lakes (Büyük Göller) üzerinde uçan kuşların göç hareketlerini inceledi. Radarlar Great Lakes üzerinde ve çevresinde uçan kuşların göç paternalarını çıkarmakta özellikle işlevseldir; zira göller, simültane çalışan kara radarlarının göçmen kuşların panoramik bir fotoğrafını alabileceği darlıktadır. Yazarlar Doppler radar kullanarak uçan göçmenlerin göl yüzeyi üstünde uçmaktan kaçınmaya eğilimli olduklarını ve bunun yerine mümkün olduğunca kıyılara yakın uçtuklarını gösterdi (Figür 1) .
Figür 1: NEXRAD radarı ile göçmen kuşların gözlemlenmesi. Siyah noktalar radar istasyonlarının konumunu belirtir. 3 Mayıs 2000 akşamında Great Lakes Bölgesi, A.B.D.'de göç eden kuşların yoğunlukları renk skalaları ile belirtilmiştir. Kaynak: 2012 Nature Education Diehl ve ark. 2003'e takiben düzenlenmiştir. Tüm hakları saklıdır.
Örnek Olay 2: Böcekbilim Araştırmalarında Harmonik Radar Kullanımı
Böcekbilim uygulamalarında harmonik pusula kullanmanın kısmi faydası, edilgen şekilde çalışıyor olmaları, dolayısıyla pil ihtiyacı bulunmamasıdır; yani modern mikroelektronik bileşenler ile hayvanların davranışlarında hiçbir gözle görülür etkiye sebep olmadan bal arıları (Apis mellifera) gibi orta boy böceklerin bile taşıyabileceği hafiflikte üretilmektedirler. Sistemin ana sıkıntısı ise dönüş yapan sinyallerin kimlik bilgisi içermiyor oluşudur. Başka bir engel de, arazi ve bitki örtüsünün, yankı kaynağı olmasalar da, engel görevi görmeleri ve pusulaların tespit edilemez olduğu gölge alanlar yaratmalarıdır (Chapman ve ark. 2011).
Örnek Olay 3: Radardan Kanat Vuruşu Sıklığını Tespit Etme
Radar yankılarındaki dalgalanma, kanat vuruşları ile ilişkili olduğundan radar bireysel göçmenlerin kanat vuruş şekillerini tespit etmekte kullanılabilir (Bruderer 1997, Bruderer ve ark. 2010). Bu dalgalanmalar, uçuş sırasında hayvanın vücudundaki kasılma ve açılmalarla ilgilidir. Kanat vuruş şekline göre, kuşların yankı imzaları, tüneyen kuşlar, karasağanlar, sahil kuşları gibi farklı uçuş tarzı gruplarına dahil edilebilir (Figür 2).
Figür 2: Yankı imzalarının gösterdiği farklı uçuş türlerinin farklı kanat çırpış paternaları. Tüneyen kuşlar, karasağanlar, sahil kuşları. Figürde aynı zamanda farklı uçuş fazlarının zamanlaması da görülebilmektedir. (A) çırpma ya da güç evresi; (B) duraklama; (C) tam bir kanat çırpış döngüsü; (D) bir kanat çırpışı. Kaynak: 2012 Nature Education Bruderer ve ark. 2010'a takiben düzenlenmiştir. Tüm hakları saklıdır.
Örnek Olay 4: Gece Göçleri Araştırması
Radarın keşfinden önce, gece göçlerinin incelenmesi ay ışığı ile sınırlıydı; dolunay önünden geçen kuşların sayısı teleskop yolu ile tahmin edilir ve gün içinde yerdeki kuşların sayısı tespit edilirdi (Lowery 1951). Ancak iki yöntem de, bekleneceği üzere kesinlikten uzaktı. Able (1973), ötücü kuşların gece göçlerinin irtifasını net olarak tespit etmek için erken dönem radar teknolojilerini (WSR-57) kullandı.
Radar, böceklerin gece göçlerini incelemek için de kullanıldı. Drake (1985), gece aşağı seviye jeti olarak bilinen olguyu ve bunun güvelerin göç eğilimleri arasındaki bağlantıyı inceledi. Gece aşağı seviye jetleri, sınır tabakası hava akımları üzerindeki koriyolis kuvvetlerinin etkisiyle oluşur; Amerika’daki Great Plains (Büyük Ovalar) ve Avustralya’da New South Wales’deki ovalar bölgesi dahil olmak üzere tüm dünya üzerinde görülür.
Wallin & Loonan (1971) bu jetlerin uzak mesafe böcek göçlerinde kullanıldığını gösterdi. Drake (1985), radar kullanarak hem uçan böceklerin sayısını hem de göç irtifalarını tespit edebildi. İlk olarak, artan irtifa ile böceklerin yoğunluğu hafif oranda değişti, ancak vakit ilerleyip gece yarısını geçtiğinde farklı bir durum ortaya çıktı. Geceyarısından sonra göçmen böceklerin yaklaşık yarısı gece aşağı seviye jetini takip ederek tek bir katmana yoğunlaştı. Bu jet içindeki ve hemen yakınındaki güveler jet irtifası dışında hareket edenlerden daha yüksek hızda hareket ediyordu.
Able, K. P. The role of weather variables and flight direction in determining the magnitude of nocturnal bird migration. Ecology 54, 1031-1041 (1973).
Bruderer, B. The study of bird migration by radar. Naturwissenschaften 84, 45-54 (1997).
Bruderer, B. et al. Wing-beat characteristics of birds recorded with tracking radar and cine camera. Ibis 152, 272-291 (2010).
Buss, I. O. Bird detection by radar. The Auk 63, 315-318 (1946).
Chapman, J. W. et al. Recent insights from radar studies of insect flight. Annual Review of Entomology 56, 337-356 (2011).
Cooper, B. A. et al. An improved radar system for studies of bird migration. Journal of Field Ornithology 62, 367-377 (1991).
Crum, T. D. & Alberty, R. L. The WSR-88D and the WSR-88D operational support facility. Bulletin of the American Meteorological Society 74, 1669-1688 (1993).
Diehl, R. H. et al. Radar observations of bird migration over the Great Lakes. The Auk 120, 278-290 (2003).
Drake, V. A. Radar observations of moths migrating in a nocturnal low-level jet. Ecological Entomology 10, 259-265. (1985).
Krumme, U. & Saint-Paul, U. Observations of fish migration in a macrotidal mangrove channel in northern Brazil using a 200-kHz split-beam sonar. Aquatic Living Resources 16, 175-184 (2003).
Lowery, G. H. A quantitative study of the nocturnal migration of birds. University of Kansas Publications, Museum of Natural History 3, 361-472 (1951).
Russell, K. R. & Gauthreaux, Jr., S. A. Use of weather radar to characterize movements of roosting purple martins. Wildlife Society Bulletin 26, 5-16 (1998).
Wallin, J. R. & Loonan, D. V. Low-level jet winds, aphid vectors, local weather, and barley yellow dwarf virus outbreaks. Phytopathology 61, 1068-1070 (1971).