當 Rolf-Ole Rydeng Jenssen 開發出一種可以穿透多層積雪的無人機載雷達系統時，他設想用它來測量降雪量或預測雪崩。 這兩項應用在亞北極地區的挪威特羅姆瑟都很有用，Jenssen 在那裡擔任跨學科挪威研究中心 (NORCE) 的工程師。 但在一月份的一個晚上，一群研究人員致電 NORCE，詢問這種飛行雷達的一種截然不同的用途：尋找隱藏的北極熊。
懷孕的北極熊在初冬挖雪洞築巢，爬進去，讓新鮮的雪覆蓋入口。 在裡面，熊會產崽，而積雪可以保護它們和它們的新生幼崽免受嚴酷的北極環境的影響。 但北極熊專家擔心這些動物可能太擅長躲藏了。 這就是為什麼國際北極熊組織 (PBI) 的科學家們給 Jenssen 打電話的原因。 從那時起，PBI 一直與他和其他工程師合作，尋找在空中調查期間更有效地尋找北極熊巢穴的方法，以防止人類偶然發現並無意中破壞巢穴。
在冬季，石油和天然氣公司會將鑽井平臺和其他機械裝置運過阿拉斯加的北極熊棲息地。 “在過去兩年中，我們知道有四個巢穴在油田中受到干擾——所有這些巢穴在熊突然出現之前都是未知的，”美國魚類和野生動物管理局的北極熊研究員蘇珊娜·伍德拉夫說。 隨著石油和天然氣勘探在北極地區擴張，巢穴破壞的可能性增加； 這加大了對脆弱幼崽造成傷害的風險。 對於北極熊這種受威脅的物種來說，這些後代尤其珍貴。
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挪威斯瓦爾巴群島跨學科研究所 NORCE 的無人機載雷達。 圖片來源：Kt Miller/國際北極熊組織
美國政府目前的政策要求石油和天然氣公司調查其場地是否存在熊巢穴，以避免干擾它們。 公司通常用於此目的的工具（稱為前視紅外或 FLIR 系統）可以檢測到雪地中動物的體溫，但僅在特定條件下有效。 溫暖的天氣會削弱北極熊的熱訊號，而深雪或風雪會使其模糊不清。 此外，使用 FLIR 有點像嘗試透過智慧手機攝像頭從飛機上掃描景觀。 使用者肯定會錯過一些區域。
PBI 的高階研究和政策主管傑夫·約克說：“當我們回顧管理機構和行業如何使用這種工具時，答案是‘不太好’。” 約克與人合著的一項 2020 年研究發現，FLIR 未能發現 55% 的北極熊巢穴。 部分問題在於，FLIR 的最佳天氣視窗——在特別長的寒冷時期效果更好——現在由於氣候變化而變得越來越少、間隔越來越遠。 即使在最佳條件下，FLIR 也會錯過一些目標。“最終，我們需要找到一些方法來更好地檢測巢穴，”伍德拉夫說。
幾年前，約克和兩位同事在冰凍的苔原上工作時得出了相同的結論。 三人對 FLIR 的不準確性如何影響他們的研究感到沮喪，於是開始集思廣益。 雷達最終成為一種可行的選擇，因為它在 FLIR 難以應對的條件下效果良好。“他們在尋找可以更頻繁使用且不依賴天氣的工具方面走對了路，”未參與雷達工作的伍德拉夫說。
使用雷達檢測北極熊的概念很簡單。 雷達裝置連線到飛機或無人機，並在飛越苔原時發射電磁波。 當波浪撞擊地面時，一些波浪會反射回雷達裝置，而另一些波浪會穿透更深。 波浪反彈回來的時間表明表面有多遠。 並且反射波的數量因不同型別的表面而異，例如岩石、泥土、雪或水。 北極熊——本質上是一個裝水的容器——將在雪地中顯示為異常。
透過與楊百翰大學的雷達專家合作，PBI 於 2021 年在加拿大曼尼托巴省丘吉爾鎮測試了一種雷達裝置，該鎮是世界上北極熊最集中的地區之一。 儘管他們只拍攝了雪地表面熊的影像，但研究人員在 10 月份發表在《Ursus》雜誌上的一篇論文中表明，雷達檢測到 66% 的熊。
接下來，研究人員希望在今年春天在挪威斯瓦爾巴群島測試雷達實際窺視巢穴的能力。 斯瓦爾巴群島擁有經過充分研究的 GPS 項圈熊種群，因此研究人員已經知道許多巢穴的位置，並已準備好確認雷達的結果。 PBI 團隊在 Jenssen 加入巢穴專案的那天與 NORCE 的同事討論後勤問題。 那時他們意識到他的無人機載雷達平臺太有吸引力了，不容錯過。
Jenssen 的系統使用超寬頻雷達，這是一種解析度相對較高的型別。 PBI 在丘吉爾測試的雷達解析度約為一米，而超寬頻雷達可以在釐米尺度上工作。 Jenssen 還專門設計了他的裝置，使其使用可以穿透積雪並評估其特性的頻率，例如是硬實的還是蓬鬆的。 研究人員一致認為，一種收集如此多關於雪層資訊的工具可能比其他雷達平臺更適合檢測巢穴中北極熊的特徵。 一位 PBI 研究人員將 Jenssen 的技術描述為“十拿九穩”。 從 Jenssen 向 PBI 展示他的研究到他前往斯瓦爾巴群島測試雷達，只用了六週時間。 “我放下其他一切來做這件事，”他說。
在旅行期間，研究人員多次駕駛無人機飛越裝有 GPS 項圈熊的巢穴上方。 後來，在分析資料時，Jenssen 挑選出雪地中的異常現象——當他們將這些異常現象與基於項圈的已知熊的位置進行比較時，這些點對齊了。 “初步結果非常有希望，表明這可行，”Jenssen 說。 儘管如此，他還是想收集更多資料，然後再過於興奮。
約克說，在 2024 年冬季，該團隊計劃前往阿拉斯加，美國地質調查局將在那裡為北極熊安裝新的標籤。 這將使研究人員首次有機會對他們的雷達平臺與 FLIR 進行正面測試。 “我們最終將能夠比較肯定地說哪種工具是首選，或者至少對每種選擇的優缺點進行更深入的討論，”約克說。
他親眼目睹了更好的檢測如何確保巢穴安全。 幾年前，一隻北極熊在石油和天然氣公司 BP 使用的一條繁忙道路旁築巢。 PBI、美國魚類和野生動物管理局以及 BP 監測了巢穴地點，並限制交通石油鑽探，直到熊離開。“那是每個人共同努力的完美成功案例，”約克說。 “這就是我們希望看到的結果。”