当 Rolf-Ole Rydeng Jenssen 开发出一种可以穿透多层积雪的无人机载雷达系统时，他设想用它来测量降雪量或预测雪崩。 这两项应用在亚北极地区的挪威特罗姆瑟都很有用，Jenssen 在那里担任跨学科挪威研究中心 (NORCE) 的工程师。 但在一月份的一个晚上，一群研究人员致电 NORCE，询问这种飞行雷达的一种截然不同的用途：寻找隐藏的北极熊。
怀孕的北极熊在初冬挖雪洞筑巢，爬进去，让新鲜的雪覆盖入口。 在里面，熊会产崽，而积雪可以保护它们和它们的新生幼崽免受严酷的北极环境的影响。 但北极熊专家担心这些动物可能太擅长躲藏了。 这就是为什么国际北极熊组织 (PBI) 的科学家们给 Jenssen 打电话的原因。 从那时起，PBI 一直与他和其他工程师合作，寻找在空中调查期间更有效地寻找北极熊巢穴的方法，以防止人类偶然发现并无意中破坏巢穴。
在冬季，石油和天然气公司会将钻井平台和其他机械设备运过阿拉斯加的北极熊栖息地。 “在过去两年中，我们知道有四个巢穴在油田中受到干扰——所有这些巢穴在熊突然出现之前都是未知的，”美国鱼类和野生动物管理局的北极熊研究员苏珊娜·伍德拉夫说。 随着石油和天然气勘探在北极地区扩张，巢穴破坏的可能性增加； 这加大了对脆弱幼崽造成伤害的风险。 对于北极熊这种受威胁的物种来说，这些后代尤其珍贵。
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挪威斯瓦尔巴群岛跨学科研究所 NORCE 的无人机载雷达。 图片来源：Kt Miller/国际北极熊组织
美国政府目前的政策要求石油和天然气公司调查其场地是否存在熊巢穴，以避免干扰它们。 公司通常用于此目的的工具（称为前视红外或 FLIR 系统）可以检测到雪地中动物的体温，但仅在特定条件下有效。 温暖的天气会削弱北极熊的热信号，而深雪或风雪会使其模糊不清。 此外，使用 FLIR 有点像尝试通过智能手机摄像头从飞机上扫描景观。 用户肯定会错过一些区域。
PBI 的高级研究和政策主管杰夫·约克说：“当我们回顾管理机构和行业如何使用这种工具时，答案是‘不太好’。” 约克与人合着的一项 2020 年研究发现，FLIR 未能发现 55% 的北极熊巢穴。 部分问题在于，FLIR 的最佳天气窗口——在特别长的寒冷时期效果更好——现在由于气候变化而变得越来越少、间隔越来越远。 即使在最佳条件下，FLIR 也会错过一些目标。“最终，我们需要找到一些方法来更好地检测巢穴，”伍德拉夫说。
几年前，约克和两位同事在冰冻的苔原上工作时得出了相同的结论。 三人对 FLIR 的不准确性如何影响他们的研究感到沮丧，于是开始集思广益。 雷达最终成为一种可行的选择，因为它在 FLIR 难以应对的条件下效果良好。“他们在寻找可以更频繁使用且不依赖天气的工具方面走对了路，”未参与雷达工作的伍德拉夫说。
使用雷达检测北极熊的概念很简单。 雷达设备连接到飞机或无人机，并在飞越苔原时发射电磁波。 当波浪撞击地面时，一些波浪会反射回雷达设备，而另一些波浪会穿透更深。 波浪反弹回来的时间表明表面有多远。 并且反射波的数量因不同类型的表面而异，例如岩石、泥土、雪或水。 北极熊——本质上是一个装水的容器——将在雪地中显示为异常。
通过与杨百翰大学的雷达专家合作，PBI 于 2021 年在加拿大曼尼托巴省丘吉尔镇测试了一种雷达设备，该镇是世界上北极熊最集中的地区之一。 尽管他们只拍摄了雪地表面熊的图像，但研究人员在 10 月份发表在《Ursus》杂志上的一篇论文中表明，雷达检测到 66% 的熊。
接下来，研究人员希望在今年春天在挪威斯瓦尔巴群岛测试雷达实际窥视巢穴的能力。 斯瓦尔巴群岛拥有经过充分研究的 GPS 项圈熊种群，因此研究人员已经知道许多巢穴的位置，并已准备好确认雷达的结果。 PBI 团队在 Jenssen 加入巢穴项目的那天与 NORCE 的同事讨论后勤问题。 那时他们意识到他的无人机载雷达平台太有吸引力了，不容错过。
Jenssen 的系统使用超宽带雷达，这是一种分辨率相对较高的类型。 PBI 在丘吉尔测试的雷达分辨率约为一米，而超宽带雷达可以在厘米尺度上工作。 Jenssen 还专门设计了他的设备，使其使用可以穿透积雪并评估其特性的频率，例如是硬实的还是蓬松的。 研究人员一致认为，一种收集如此多关于雪层信息的工具可能比其他雷达平台更适合检测巢穴中北极熊的特征。 一位 PBI 研究人员将 Jenssen 的技术描述为“十拿九稳”。 从 Jenssen 向 PBI 展示他的研究到他前往斯瓦尔巴群岛测试雷达，只用了六周时间。 “我放下其他一切来做这件事，”他说。
在旅行期间，研究人员多次驾驶无人机飞越装有 GPS 项圈熊的巢穴上方。 后来，在分析数据时，Jenssen 挑选出雪地中的异常现象——当他们将这些异常现象与基于项圈的已知熊的位置进行比较时，这些点对齐了。 “初步结果非常有希望，表明这可行，”Jenssen 说。 尽管如此，他还是想收集更多数据，然后再过于兴奋。
约克说，在 2024 年冬季，该团队计划前往阿拉斯加，美国地质调查局将在那里为北极熊安装新的标签。 这将使研究人员首次有机会对他们的雷达平台与 FLIR 进行正面测试。 “我们最终将能够比较肯定地说哪种工具是首选，或者至少对每种选择的优缺点进行更深入的讨论，”约克说。
他亲眼目睹了更好的检测如何确保巢穴安全。 几年前，一只北极熊在石油和天然气公司 BP 使用的一条繁忙道路旁筑巢。 PBI、美国鱼类和野生动物管理局以及 BP 监测了巢穴地点，并限制交通石油钻探，直到熊离开。“那是每个人共同努力的完美成功案例，”约克说。 “这就是我们希望看到的结果。”