Die Komplexität der Kartierung pazifischer und asiatischer Riffe

28. August 2023

Dr. Richard Musgrove ist ein freiberuflicher Wissenschafts- und Wirtschaftsjournalist mit Sitz in Far North Queensland. Er war leitender Forscher am South Australian Research and Development Institute und Betriebsleiter bei der Northern Gulf Resource Management Group im hohen Norden von Queensland. Seine Karriere führte ihn zu Tiefseetrawlern in der Großen Australischen Bucht, zum Tsukiji-Fischmarkt in Tokio und zur Memorial University of Newfoundland, Kanada, sowie zu Viehfarmen in Dry Tropics des FNQ und auf die Bühne bei South Australian Science Communicators.

Des und Kelvin aus Gladstone, Katy und Filimone aus Fidschi sowie Victor und Christina aus Palau haben alle das gleiche Problem: Die von ihnen betreuten Riffe sind beispiellosen Bedrohungen ausgesetzt. Riffe, die seit Tausenden von Jahren Küsten schützen und die lokale Fischerei unterstützen. Die Fischerei wird durch traditionelles Management aufrechterhalten, das auf traditionellem, über Jahrtausende gesammeltem ökologischen Wissen basiert und das tiefe Verständnis der lokalen Bevölkerung für ihre Ökosysteme widerspiegelt.

Sie sind nicht allein – der Pazifik beherbergt 27 % der Korallenriffe der Welt und seine Inselstaaten sind besonders auf gesunde Ozeane für Nahrung, Einkommen und Küstenschutz angewiesen, sagt Dr. Manuel Gonzalez-Rivero vom Australian Institute of Marine Science.

Neue Erkenntnisse und Werkzeuge sind erforderlich, um riffgebundene Inseln und Küsten zu verwalten, die mit Herausforderungen wie Korallenbleiche, Makroalgenwachstum (Algen), Anstieg des Meeresspiegels, Krankheiten, Raubtieren, Überfischung, Umweltverschmutzung und Meeresmüll konfrontiert sind.

ReefCloud ist eines dieser neuen Tools. Die kostenlos nutzbare Plattform wurde gemeinsam vom australischen Ministerium für auswärtige Angelegenheiten und Handel (DFAT) und dem Australian Institute of Marine Science (AIMS) gegründet und zielt auf die zeitaufwändige Analyse von Riff-Vermessungsbildern ab.

Forscher, die Riffe überwachen, schwimmen häufig Transekte und machen Fotos. Ein Transekt ist eine Linie zwischen zwei Punkten; Auf einem Riff könnte es durch ein Band markiert werden, das zwischen in den Boden gehämmerten Stiften gespannt ist, um sicherzustellen, dass jedes Mal die gleiche Spur gemessen wird. Jedes Foto bedeckt normalerweise einen Quadratmeter des Bodens. Standardisierung ist in der Forschung von entscheidender Bedeutung.

Anschließend werden einzelne Fotos manuell analysiert, beispielsweise mit Programmen wie Coral Point Count. Jedem Foto werden zufällige Punkte zugewiesen, die Korallenart und der Zustand identifiziert und die Korallenbedeckung mithilfe von Windows Excel berechnet.

Des Purcell, Gidarjil Ranger-Koordinator, begann 2019 mit der Verwendung von Coral Point Count, um achtzehn Standorte im gesamten Port Curtis Coral Coast Native Title Claim in der Nähe von Gladstone, Queensland, zu überwachen.

Kelvin Rowe, Senior Sea Ranger von Gidarjil, hat tagelang auf einem Tauchgerät Fotos von fünf Transekten pro Standort gemacht und dabei jedes Jahr 4.500 Fotos für die Analyse erstellt. Das sind viele Stunden, in denen man auf einen Bildschirm starrt. Doch dieses Jahr wechselten die Rangers zu ReefCloud.

ReefCloud nutzt Gesichtserkennungssoftware, um zu lernen, wie eine bestimmte Koralle auf einem Foto aussieht, und wenn diese Art das nächste Mal auftaucht, erkennt und zählt die KI sie. Mittels maschinellem Lernen wurde der ReefCloud-Algorithmus zunächst auf Millionen von Datenpunkten aus jährlichen bildbasierten Untersuchungen von 80 Riffen am Great Barrier Reef trainiert – Teil des AIMS-Langzeitüberwachungsprogramms.

Benutzer laden Bilder auf die ReefCloud-Website hoch, nachdem sie einen Teil ihrer Bilder genau beschriftet haben, um zum Training des Modells in den Besonderheiten ihrer Website beizutragen. Als Ergebnis erhalten sie eine Tabelle mit den Anteilen der verschiedenen Arten, die auf jedem Foto erkannt wurden.

„AIMS arbeitet auch mit lokalen Gemeinschaften zusammen, um traditionelles Wissen und Systeme mit Partnern auszutauschen und daran zu arbeiten, diese in einen Rahmen und in die Überwachung zu integrieren.“

Wie Gonzalez-Rivero, AIMS-Forschungsteamleiter und ReefCloud-Direktor, sagt, haben sie die Software offen zugänglich gemacht, damit jeder Benutzer die Riffe fotografieren, diese Informationen sammeln und dann die KI zur Analyse der Daten verwenden kann. Die zusammengefassten Informationen werden dann so zusammengefasst, dass leicht zu kommunizieren ist, wo das Problem liegt, welche Ursachen es hat und welche Maßnahmen Priorität haben sollten.

Das maschinelle Lernen von ReefCloud verbessert die Standardisierung und die Zusammensetzung der Korallenriffe wird mit einer Genauigkeit von 80–90 % analysiert, 700-mal schneller als eine manuelle Bewertung.

AIMS arbeitet mit Partnern in Brunei, den Philippinen, Vietnam, den Malediven, Palau, Papua-Neuguinea, Samoa, Fidschi und anderen Ländern zusammen, um Forscher, Regierungsbeamte und Gemeinden mit dem Programm vertraut zu machen. Dr. Ashton Gainsford, Korallenriffökologe bei AIMS, sagt, es gehe darum, „Kapazitäten für die Überwachung von Korallenriffen aufzubauen und andere auf kollaborative Weise in das ReefCloud-Framework einzubeziehen.“

„Daten werden oft zentralisiert, in Institutionen, Ländern und Regionen, und dies bietet eine Möglichkeit, Informationen einfacher auszutauschen, sodass Entscheidungen anhand genauerer und standardisierter Daten getroffen werden können“, sagt Gainsford.

Aber hier gibt es erhebliche Herausforderungen.

Die Neukodierung hat die Akzeptanz verlangsamt. Die Coral Point Count (CPC)-Codes für jede Art sind nicht mit ReefCloud kompatibel, daher müssen Zehntausende Fotos aus älteren Untersuchungen neu kodiert werden, damit sie in die KI passen. „Es ist einfach einfacher, das Programm [Coral Point Count] zu verwenden, das wir jetzt verwenden“, sagt Christina Muller Karanassos, Forscherin am Palau International Coral Reef Centre (PICRIC), „obwohl dieses Tool den Arbeitsaufwand definitiv reduzieren würde“, fügt sie hinzu . Dreihundertvierzig Korallen- und Vulkaninseln bilden den Palau-Archipel, 650 km nördlich von Papua-Neuguinea.

Victor Nestor, ebenfalls von PICRIC und derzeitiger Leiter ihres ReefCloud-Projekts, stimmt zu: „Wir haben 23 Standorte und dann bekommen wir die drei oder sogar vier Mitarbeiter, die arbeiten, und das CPC, und das nimmt viel Zeit in Anspruch.“ Mit ReefCloud kann es viel schneller gehen und es muss lediglich jemand die Fotos hochladen und einige der Punkte erledigen, und dann führt das Programm es einfach für Sie aus. „Wir werden das Programm auf jeden Fall für den Erhebungszeitraum 2024 nutzen“, sagt Nestor.

Auch die gebräuchlichen Namen von Korallenarten variieren je nach Land, was möglicherweise zu Verwirrung bei der ReefCloud-Kennzeichnung führt. Gainsford, der als ReefCloud-Trainer und -Moderator mit Forschern und Gemeinden zusammenarbeitet, sagt: „Wir müssen auch standardisieren, welche Bezeichnungen wir Arten in ReefCloud geben, um sicherzustellen, dass wir über dasselbe sprechen, damit wir sie vergleichen können.“

„Benutzer haben ihre eigenen Etiketten für Korallenarten innerhalb der Projekte ihres eigenen Landes, aber jedes Etikett ist mit einem globalen Etikett verbunden, das alle Forscher verstehen und für ihre eigenen Projekte übersetzen können.“

Auch sprachliche und kulturelle Barrieren seien eine Herausforderung, sagt Gainsford. Das ReefCloud-Team wendet für jedes Land eine „maßgeschneiderte“ Antwort an, da „unterschiedliche Governance-Strukturen vorhanden sind, die geschätzt und verstanden werden müssen.“ Wir arbeiten mit der Regierung auf verschiedenen Ebenen im Land zusammen“, sagt Gainsford.

Das übliche Fischereimanagement der pazifischen Staaten basiert auf traditionellem ökologischem Wissen (TEK) und wird derzeit auf einigen, aber nicht allen Inseln praktiziert.

Wo dies praktiziert wird, kann dies saisonale Fangverbote oder vorübergehende Schließungen der Fischerei bedeuten oder Beschränkungen, welche Fische wo und von wem gefangen werden dürfen. Es spiegelt häufig den Konsens der örtlichen Gemeinschaft (z. B. auf Dorfebene) wider.

Fidschis Vetavura Foundation mit Sitz auf den Inseln Kaibu, Vatuvara, Kanacea und Adavaci im Norden von Lau, etwa 240 km nordöstlich von Fidschis Hauptstadt Suva, hat mit AIMS zusammengearbeitet, um ihre Riffüberwachungsmethoden in diesem Jahr an ReefCloud anzupassen. Die Erhebungen werden in Zusammenarbeit mit der Wildlife Conservation Society (WCS) durchgeführt. Die gesamte Gemeinschaft ist an der Entscheidungsfindung beteiligt, was beispielsweise die Einführung von Fischereibeschränkungen für Gebiete zum Schutz der Fischpopulationen umfassen kann.

Beispielsweise gibt die Notlage schlafender Papageienfische und Kawakawa (Zackenbarsche) Anlass zur Sorge, da beim Nachtfischen in den Lagunen zunehmend Unterwasserlichter und Harpunen eingesetzt werden, sagt Filimone Mate, Meeresforscherin bei der Vetavura Foundation.

Da die einfache Verpackung einer guten Mahlzeit die Beliebtheit dieser Praxis steigert, gehen die Populationen beliebter Arten zurück. Solche pflanzenfressenden Fische sind auch wichtig, um den Weidedruck auf Meeresalgen aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass Matten das Riff ersticken. Wenn man in dieser geschlossenen und bereits gefährdeten Lagune noch klimawandelbedingte Meereshitzewellen hinzufügt, werden Management und Tools auf Gemeindeebene wie ReefCloud sehr nützlich.

Wie Katy Miller, Direktorin der Vatuvara Foundation, sagt: „Es ist wichtig zu erkennen, wie die pazifischen Inselbewohner Maßnahmen zur Anpassung der Gemeinschaft und zum Ökosystemmanagement umsetzen, indem sie traditionelle Praktiken und Bräuche in Kombination mit innovativen Lösungen wiederbeleben, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber den Auswirkungen des Klimawandels zu stärken.“

Die Verwaltung lokaler Meeresschutzgebiete sei ein wesentlicher Teil des Anpassungsprozesses, sagt sie.

Mehr als 35 Länder nutzen ReefCloud bereits und fast 2 Millionen Bilder wurden aus Ländern auf der ganzen Welt eingereicht, sagt Gonzalez-Rivero. KI macht es erheblich einfacher, die Masse an Vermessungsbildern zu durchsuchen und die Informationen zu extrahieren, die sie benötigen, um Gemeinden und Regierungen über den Zustand ihrer Riffe zu informieren.

Ursprünglich von Cosmos veröffentlicht als „The complexities of Kartierung pazifischer und asiatischer Riffe“.