太空看企鵝糞：衛星如何找到皇帝與阿德利企鵝繁殖地

翻 BAS 衛星論文那天，我盯著一張縮放比例的衛星圖看了很久。

2018 年，英國南極調查局（British Antarctic Survey, BAS）的研究團隊在衛星影像上標出 11 個新的皇帝企鵝繁殖地。這些地點沒有人去過，有些在人跡罕至的海冰深處，有些隔著狂風海峽，直升機去不了。

找到它們的，是 Sentinel-2 和 Worldview-3 衛星拍下來的影像，還有影像上那些說不清楚是棕色還是褐色的斑塊。

那是企鵝糞便。棕褐色，留在白冰上，衛星在七百公里外都能辨認。

畫素裡的棕色地圖

衛星要從太空找到企鵝，得先找到企鵝留下來的東西。企鵝不會在衛星影像上舉手，但牠們的糞便會。

皇帝企鵝的繁殖季落在南極冬天。牠們擠在海冰上，幾千隻甚至上萬隻站在同一塊冰面，兩個月不入水，把蛋輪流抱在腳背上。時間一長，大量糞便積在冰面，日曬、凍融、壓縮，留下大片棕褐色斑塊。

白色的冰，棕色的斑，對衛星來說對比度很高。這個觀察讓整套遙測方法成為可能。

BAS 的研究員 Peter Fretwell 和 Phil Trathan 最早在 2009 年的 Global Ecology and Biogeography 論文裡提出這個方法，用的是 Landsat-7 衛星，解析度約 30 公尺。能找到企鵝群的輪廓，但要確認規模還很吃力。

到了 2018 年，Antarctic Science 那篇論文改用 Sentinel-2（解析度 10 公尺）和 Worldview-3（解析度約 0.3 公尺）。糞便斑塊的邊界終於切得清楚，自動分類演算法可以批次篩選，再交給地面核對。

11 個新繁殖地就這樣浮出來。其中幾個在海冰地圖最深處，沒有座標，沒有名字。

不同的食物，不同的顏色

糞便能讓衛星辨認，有一個細節很關鍵：顏色會隨吃下去的東西換。

阿德利企鵝（Pygoscelis adeliae）主食是磷蝦，糞便帶粉紅色，因為磷蝦裡的蝦青素代謝後會留下色素。皇帝企鵝（Aptenodytes forsteri）吃魚和魷魚，糞便偏棕色到褐色，色調跟阿德利差很多。

這個差別讓衛星可以區分兩種企鵝。

衛星影像的色彩分類依賴畫素的光譜反射率，飲食造成的糞便顏色差異，會在影像裡對應到不同的光譜特徵。研究員可以用顏色輔助推斷是哪一種企鵝，不需要靠其他線索。

吃什麼，留下什麼，都被衛星記下來。

這條推論鏈就是整套方法的基礎。

從 30 公尺到 0.3 公尺

Landsat 系列衛星的解析度約 30 公尺，一個畫素相當於一個小停車場的面積。這個精度可以找出糞便斑塊，但很難數頭。

Sentinel-2 把畫素縮到 10 公尺，斑塊邊界清楚多了。Worldview-3 和其他 Maxar 商業衛星再把解析度壓到 0.3 公尺，這時候個別企鵝或小群個體的輪廓開始可辨。

三層解析度各做各的事。30 公尺級別做全南極篩選，範圍廣但不精確；10 公尺級別做族群邊界確認，兼顧廣度與細節；0.3 公尺接近空拍精度，用來驗證族群密度或計算個體數，但覆蓋範圍有限，沒辦法掃整個南極。

三層疊起來，才有辦法從畫素推到頭數。每一層做它最擅長的那件事。

找出地圖，核對現場

衛星影像只是起點，找到色斑只是第一步。

研究員拿到疑似糞便色斑的位置清單之後，還得想辦法核對。南極的現場核對很貴，有些繁殖地在天氣允許的窗口期根本到不了。BAS 的做法是優先派直升機或定翼機低飛，用航拍確認；沒辦法飛的地點就靠衛星圖繼續比對多個時間點。

2012 年那篇 PLoS ONE 論文，Fretwell 和 Trathan 用衛星方法估計全球皇帝企鵝族群約 595,000 隻，分布在 46 個繁殖地。

2018 年加上 11 個新地點，繁殖地總數升到 54 個，個別新繁殖地的族群數量還在評估。

2024 年，研究團隊再用 Sentinel-2 和 Maxar 最新影像更新分布地圖。一些舊繁殖地的冰況在過去十年間明顯改變，有幾個地點的糞便斑塊縮小，有些則完全消失。

消失不一定代表企鵝死光了。有可能是族群移到附近冰況更穩的地方，衛星還沒找到新位置。

皇帝企鵝與海冰的帳

皇帝企鵝是現存企鵝裡對海冰最依賴的一種，繁殖和覓食都離不開穩定的冰面。

牠們不像阿德利或帽帶企鵝可以在岩岸繁殖，需要穩定、厚實的海冰做孵蛋的平台。海冰若在繁殖季中途提早崩解，地上的蛋和還沒長出防水羽毛的雛鳥就直接掉進海水。

近幾年的衛星監測資料顯示，部分繁殖地周圍的海冰覆蓋時間在縮短。這些數字直接進了保育評估。

BirdLife International 在 2023 年把皇帝企鵝的保育等級升為「易危」（Vulnerable）。這個評估背後，衛星影像和族群估算數字是重要依據。

用糞便找企鵝，是因為沒有更好的選擇。南極太大，冬天的窗口太短，直接走進去看是奢侈的事。

衛星能做的，是讓研究員在辦公室裡翻遍南極，把沒有名字的斑塊一個一個標出來，再想辦法去確認那是什麼。

衛星還在跑，地圖沒畫完

ESA 的 Sentinel-2 衛星仍在定期掃描南極海冰，影像每幾天更新一次。BAS 的研究團隊持續用這批資料監測已知繁殖地的族群變化，也在篩查是否有新地點出現。

54 個已知繁殖地不是最終答案，研究員自己也這樣說。

有些繁殖地的雲量遮蔽嚴重，有些在極夜期間根本沒有可用光線，衛星一樣看不到。更深的海冰區、更偏的地點，可能還有糞便色斑沒被找到。

從畫素到肚子，從 30 公尺到 0.3 公尺，這條觀測鏈每隔幾年就再拉近一點。但南極的海冰地圖同時也在變，地上的企鵝跟著移，衛星追著看。

現在的 54 個，是接近完整還是只是已知的部分，我還在繼續看下一批影像。