Gebruik van radarsystemen voor monitoring van de avifauna op de Thorntonbank Davy De Groote & Walter Roggeman

Transcriptie

1 Gebruik van radarsystemen voor monitoring van de avifauna op de Thorntonbank Davy De Groote & Walter Roggeman Studie uitgevoerd in opdracht van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen, beheerseenheid Mathematisch Model van de Noordzee.

2 Inhoud Samenvatting Summary 1. Inleiding 2. Onderzoeksdoelstellingen 3. Literatuurstudie 3.1 X-band en S-band radars 3.2 Radars voor ornithologisch gebruik Navigatieradar Doppler radar Doelzoekradar 3.3 Radarstudies in functie van offshore windmolenparken Denemarken Nederland Verenigd Koninkrijk Zweden 3.4 Radarstudies niet gebonden aan offshore windmolenparken 3.5 Samenvatting literatuurstudie 4. Organiseren praktijksessie werkbezoeken 4.1 Inventaris radars Militaire radar Semmerzake Luchtvaartradar Oostende Radar Glons Meteoradar KMI Scheepsradar Belgica VTS-radars 2

3 4.2 Bruikbaarheid beschikbare radars 4.3 Organiseren van test met Belgica radar 4.4 Organiseren van en test met buitenlandse apparatuur Reeds beschikbare apparatuur Apparatuur beschikbaar in nabije toekomst 4.5 Werkbezoek Bureau Waardenburg 5. Voorstel tot monitoring van de avifauna met behulp van radarsystemen 6. Literatuurlijst Bijlagen Bijlage 1: Overzicht beschikbare radars in België Bijlage 2: Verslag vergadering TNO en RNLAF (04/10/2005) Bijlage 3: Presentatie TNO over Bird detection radar Bijlage 4: Presentatie TNO over Maritieme Vogelradars Bijlage 5: Verslag vergadering TNO (12/01/2006) Bijlage 6: Verslag vergadering Bureau Waardenburg (05/01/2006) Bijlage 7: Bird collision recording for offshore wind farms 3

4 Samenvatting Dit rapport onderzoekt de mogelijkheden om met behulp van radarsystemen de invloed van offshore windmolenparken op trekvogels te monitoren in functie van het toekomstige windmolenpark ter hoogte van de Thorntonbank. Het gebruik van radarsystemen om vogelbewegingen in kaart te brengen heeft zijn nut reeds lang bewezen. In tegenstelling tot visuele waarnemingen kan een radar zowel overdag als s nachts werken en eveneens bij mist. De belangrijkste nadelen zijn echter dat men niet tot op soort kan determineren en dat binnen groepen vogels niet individueel kunnen onderscheiden worden. Om een beeld te krijgen van de gangbare methodologie voor de monitoring van de avifauna met behulp van een radarsysteem werd er een literatuurstudie gemaakt. Op basis van deze literatuurstudie werden de relevante buitenlandse teams gecontacteerd. Dit resulteerde in een eerste contact met TNO (Nederlandse Organisatie voor Toegepast-natuurwetenschappelijk onderzoek), dat bezig is met de ontwikkeling van vogelradars die vogelecho s automatisch kunnen registeren in offshore windmolenparken. Daarnaast werd een bezoek gebracht aan Bureau Waardenburg, dat eveneens gelegen is in Nederland. Dit bureau heeft reeds enkele jaren ervaring opgebouwd in radarstudies over vogels met betrekking tot windmolens. Hun ervaring met een maritieme radar werd besproken. Er zijn verschillende types radars die gebruikt kunnen worden voor ornithologisch onderzoek. Daarvan bieden scheepsradars de beste perspectieven voor het gebruik in offshore gebieden. Ze zijn immers relatief goedkoop, zijn klein in omvang en er zijn weinig aanpassingen nodig om vogelwaarnemingen te verrichten. De scheepsradars die in huidig onderzoek in offshore gebieden worden gebruikt zijn echter niet werkzaam bij slechte weersomstandigheden, omdat door golfreflectie de vogelecho s niet langer kunnen worden gedetecteerd. Daarom is het noodzakelijk dat er gebruik wordt gemaakt van software die deze golfreflecties reduceert. Er kon geen werkbezoek worden geregeld waarbij de praktische kant van een dergelijk monitoringstechniek kon onderzocht worden door actieve deelname aan radarwaarnemingen. Na afloop van de literatuurstudie en werkbezoeken werd er een beeld geschetst van de reeds (of op korte termijn) in België beschikbare en bruikbare apparatuur. De mogelijkheden om deze apparatuur te gebruiken werden onderzocht. Op het einde van de studie werd er een concreet plan opgesteld voor de radarmonitoring van de avifauna in het kader van het toekomstige windmolenpark op de Thorntonbank. Dit plan geeft een overzicht van de nodige hardware, software en eventuele vereiste opleiding, met speciale aandacht voor problemen met dataprocessing. Op basis van schattingen werd de kostprijs berekend van de monitoring voor deze verschillende scenario's. 4

5 Summary This report examines the possibilities of using radar systems to monitor the influence of offshore windfarms on migrating birds. The use of radar systems to map bird movements has a long and relatively succesfull history. In contrast to visual observation, radar functions during conditions of poor visibility such as by night and when there is fog. The most important disadvantages however are that radar cannot identify birds up to species level and that a single bird cannot be distinguished from a flock of birds. To get an image of the currently used techniques for monitoring the avifauna using a radar system a literature review was made. On the basis of this review, the relevant foreign teams were contacted. One of the parties contacted was TNO (the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research), which is working on the development of bird radars which can automatically register bird echoes in offshore windfarms. A visit to Bureau Waardenburg, also in the Netherlands, was made. This company has several years experience in radar studies concerning birds movements In the vicinity of windmills. Their experience with maritime radar was discussed. Several types of radars can be used for ornithological research. Out of all these types, marine radars offer the best perspectives for use in offshore places. They are relatively cheap, small and few adaptations are necessary to perform bird observations. Marine radars, which are used in current offshore research, cannot be used in during adverse weather conditions because separation of seaclutter and bird echoes is then no longer possible. Software can be used to reduce the seaclutter. It was impossible to arrange a working visit where the practical side of such a monitoring technique could be observed by active participation to radar observations. After the literature review and working visits, a picture was outlined of the useful equipment already (or in the short term) available in Belgium. The possibilities of using this equipment were examined. At the end of the study a programme was drawn up for the radar monitoring of the avifauna within the framework of the future wind farm on the Thorntonbank. This plan gives an overview of the necessary hardware, software and possible required training, with special attention to problems of data processing. The cost of this monitoring was calculated for these different scenarios. 5

6 1. Inleiding Bij de ondertekening van het Kyoto-protocol heeft België zich ertoe verbonden om de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen. Voor het genereren van elektriciteit door middel van windturbines zijn aanzienlijk minder fossiele brandstoffen nodig. Windenergie biedt bijgevolg interessante perspectieven als hernieuwbare energiebron. De energieopbrengst hangt nauw samen met het heersende windaanbod ter plekke. Kustgebieden dragen dan ook de voorkeur uit voor het bouwen van windmolenparken. De NV C-Power verkreeg een milieuvergunning voor enerzijds de bouw en exploitatie van een windmolenpark en transformatorplatform in de Noordzee en anderzijds voor de aanleg en de exploitatie van elektriciteitskabels tussen de installatie en het vasteland. De vergunning omvat een park van 60 windmolens, ingedeeld in 2 blokken (24 en 36 turbines), met elk een vermogen van 3,6 MW. Het totaal geïnstalleerde vermogen bedraagt 216 MW. Er is een nieuwe aanvraag ingediend om windmolens te plaatsen van 5 MW, zodat het totaal geïnstalleerde vermogen 300 MW zou bedragen. Die aanvraag wordt momenteel onderzocht. Dit park zal geplaatst worden op zee op de zandbank Thorntonbank. Dergelijke ondiepe kustzones kennen vanuit ecologisch standpunt echter een hoge biologische waarde. Voor zeevogels zijn ze belangrijk als voedsel-, rust- en doortrekgebieden (Skov et al., 1995). Er werd daarom een algemeen monitoringsplan opgesteld (ministerieel besluit 14 april 2004) voor de monitoring van de milieueffecten van de constructie en exploitatie van dit windmolenpark. Dit project staat in voor de gedeeltelijke uitvoering van de baseline studie voor de avifauna van het voormelde monitoringsplan. Het voorkomen en de verspreiding van zeevogelsoorten gedurende het jaar in het Belgisch zeegebied is relatief goed gekend. Er zijn echter nog leemten in de kennis voor wat betreft migratie, vooral s nachts, en de vlieghoogtes, zowel wat betreft land- als zeevogels. Om vogeltrek tijdens de dag boven open zee vast te stellen kunnen zeetrekwaarnemingen uitgevoerd worden vanaf een platform of vanop schepen. Bij grotere offshore gebieden voor het vaststellen van nachtelijke vliegbewegingen is het gebruik van radar een goed alternatief. Er is reeds heel wat onderzoek uitgevoerd naar het aanvaringsaspect van vogels met windturbines met behulp van een radar. Dit onderzoek heeft echter vooral betrekking op vliegbewegingen boven terrestrische en semi-terrestrische gebieden (Winkelman 1989, Winkelman 1992 a-d, Everaert et al., 2002). Onderzoek naar migratiepatronen en andere vliegbewegingen van vogels boven zee is nog maar zelden toegepast (Lack 1960, Lack 1963, Louette 1971). Studies naar invloeden van offshore windmolens op vogels zijn heel schaars en van recente datum (Desholm et al., 2003, Brown & Walls 2004, Kahlert et al., 2004, Pettersson 2005). Onderzoek van vliegbewegingen in slechte weersomstandigheden is echter niet inbegrepen in dergelijke studies. De radarsystemen zijn in deze situatie te gevoelig en vogelecho s verdwijnen door regenen golfreflecties. Het is echter net in deze omstandigheden dat vogels een verhoogde aanvaringskans hebben met windmolens. 6

7 2. Onderzoeksdoelstellingen Het doel van dit rapport is een beeld krijgen van de gangbare methodologie voor de monitoring van de avifauna met behulp van radarsystemen. Hiervoor werd er een literatuurstudie gemaakt en aan de hand van deze studie werden de in Europa relevante werkzame teams gecontacteerd om hun ervaring te delen. Na deze literatuurstudie en werkbezoeken wordt er een beeld geschetst van de reeds (of op korte termijn) beschikbare apparatuur in België en het buitenland. Bij het onderzoek naar de meest geschikte apparatuur zullen er een aantal praktische tests worden bijgewoond bij ervaringsdeskundigen in België en/of andere Europese landen. De deelname van het BMM is bij deze test vereist in het kader van kennisoverdracht. Op het einde van de studie wordt een concreet plan opgesteld voor de radarmonitoring van de avifauna in kader van het toekomstige windmolenpark om aldus de (nachtelijke) migratie te bepalen en de impact van windturbines op migrerende vogels te meten. Op basis van schattingen wordt de kostprijs berekend van de monitoring. 7

8 3. Literatuurstudie Het gebruik van radar is een van de krachtigste instrumenten om vogelbewegingen in kaart te brengen en heeft zijn nut reeds lang bewezen (e.g. Lack & Varley 1945, Eastwood 1967). Een radar zendt krachtige, korte pulsen uit van radiostralen en detecteert de echo s die terugkaatsen op bepaalde objecten. Daardoor werkt deze techniek zowel overdag als s nachts, wat een groot voordeel is ten opzichte van visuele waarnemingen. 3.1 X-band en S-band radars Voor ornithologisch onderzoek kunnen er 2 groepen bruikbare radars worden onderscheiden. De X-band en de S-band radar. Deze verschillen hoofdzakelijk in de golflengte van de uitgezonden elektromagnetische straling. De X-band radar heeft een golflengte van 3 cm, de S-band een golflengte van 10 cm. Ook bestaat er nog een L- band radar met een golflengte van 23 cm, maar deze is voor ornithologisch onderzoek minder bruikbaar. Hoe kleiner de golflengte, hoe beter men kleinere vogels kan detecteren op grotere afstand. De X-band radar zal dus beter kleinere vogels kunnen waarnemen dan de S-band. Een voordeel van de S-band radarsystemen is dan weer dat ze veel minder gevoelig zijn voor grondreflectie en ook bij lichte neerslag kunnen ze nog gebruikt worden (Courtens & Stienen 2004). De golflengte heeft ook een invloed op het bereik van de radar. Hoe kleiner de golflengte, hoe kleiner het bereik is van de radar met hetzelfde uitzendvermogen. 3.2 Radars voor ornithologisch gebruik De radar heeft als grootste voordeel dat het vogels kan detecteren in omstandigheden die observaties met het menselijk oog onmogelijk maken. Zowel s nachts als in de mist detecteert de radar de vogelvluchten. Radars kunnen ook continu draaien, waardoor men continu de aanwezigheid van vogels kan vaststellen. Doordat het steeds hetzelfde instrument is die de gegevens registreert, zijn de resultaten gemakkelijk met elkaar vergelijkbaar, wat minder het geval is bij visuele waarnemingen. Verschillen tussen visuele waarnemingen treden immers op omdat verschillende waarnemers niet dezelfde observatie efficiëntie hebben (Krijgsveld et al., 2005). Ook treden er fouten op wanneer de visuele waarnemers schattingen moeten maken van de afstand, de vlieghoogte en de richting van de vliegbewegingen, terwijl dit bij radar bijna niet het geval is. De radar zal bovendien meer vliegbewegingen van vogels registreren dan dat visuele waarnemers kunnen observeren. Vogels produceren niet steeds dezelfde echo op radars. Deze echo s zijn afhankelijk van het type radar en eveneens van de vliegrichting en hoe de vogel wordt aangestraald. Deze zichtbaarheid voor radars is de zogenaamde RCS (Radar Cross- Section). Deze RCS wordt uitgedrukt in een oppervlakte eenheid. Hoe groter de RCS, hoe beter de radar het object -in dit geval de vogel - kan detecteren. Eastwood (1967) heeft voor een aantal vogels uitgaande van de massa de RCS berekend voor 2 types radar. Sommige vogels worden blijkbaar beter opgemerkt met een L-band radar, terwijl andere beter worden gedetecteerd met een S-band radar (zie tabel 3.1). 8

9 Tabel 3.1: Berekende RCS van verschillende vogelsoorten voor 2 radartypes (Eastwood 1967) Vogelsoort Gemiddelde massa Berekende Radar Cross-Sections (cm2) (g) L-band radar S-band radar Merel ,7 Vink 24 2,2 21 Huismus 25 2,4 21 Kievit Roodborst 17 1,1 18 Zanglijster ,1 Spreeuw Gierzwaluw 43 8,3 13 Tuinfluiter 20 1,7 18 Tjiftjaf 8 0,3 8,1 De RCS van een aantal vogels is ook experimenteel gemeten door Edwards en Hougton (1959). Hij gebruikte en X-band radar. Drie vogels, opgehangen aan een nylondraad werden uit verschillende hoeken aangestraald door de radar. De maximale RCS werd gemeten wanneer de vogels zijdelings werden bestraald. De RCS was het kleinst bij vooraanzicht of achteraanzicht (zie tabel 3.2). Tabel 3.2: Gemeten Radar Cross-Sections (Edwards & Hougton 1959) Vogelsoort RCS (cm 2 ) Zijzicht Vooraanzicht Achteraanzicht Duif 30 1,5 1,1 Spreeuw ,3 Huismus 5 0,3 0,2 Edwards en Hougton (1959) vonden ook dat de pluimen van vogels geen significant verschil gaven in de RCS. Dit is te verklaren door het feit dat radar vooral reflecteert op het lichaam van de vogels, waarin zich veel polaire watermoleculen bevinden. In de veren van vogels bevinden zich niet veel watermoleculen. Ook vonden ze dat de vleugels weinig bijdrage leveren aan de RCS. Met uitgestrekte vleugels bedraagt het verschil slechts 5 procent tegenover een vogel met dichtgevouwen vleugels. Ondanks de voordelen die radaronderzoek biedt, zijn er ook belangrijke nadelen aan gekoppeld. Vogels kunnen meestal niet tot op soort worden gedetermineerd. Groepen vogels waarbij de individuen dicht bij elkaar vliegen kunnen niet afzonderlijk worden weergegeven. De radar zal dit weergeven als één echo. Radars die ingezet worden in een windmolenpark kunnen de zone die achter een windmolenmast ligt niet detecteren. Dit wordt schaduweffect genoemd. Ook kan geen enkele radar de directe inslag van een vogel in een windturbine detecteren (Christensen & Hounisen 2004, Desholm et al., 2004). Radars worden vooral gebruikt om vogelbewegingen te volgen in een driedimensionale ruimte. Verschillende types radars hebben bovendien verschillende voor- en nadelen, welke hierna worden besproken. 9

10 3.2.1 Navigatie radar Deze radars werden hoofdzakelijk ontworpen voor het detecteren van grote bewegende objecten. Er zijn twee soorten navigatieradars. Ten eerste de lowpowered navigatie radars, welke vooral gebruikt wordt voor het opsporen van schepen (scheepsradar) en ten tweede de high-powered navigatie radars. Deze wordt vooral gebruikt voor het opsporen van vliegtuigen (luchthavenradar) maar ook voor wolken en neerslag (meteoradar) Low-powered navigatie radar Dit zijn in feite de scheepsradars. Voor ornithologische studies werkt men vooral met deze radar, waarbij voornamelijk de X-band types worden gebruikt. De frequentie wordt uitgezonden met een kracht variërend tussen 10 kw en 25 kw. De grote voordelen van dergelijke radars zijn dat ze relatief goedkoop zijn, een hoge resolutie hebben, gemakkelijk te onderhouden zijn en aangepast kunnen worden om de vlieghoogte te meten (Korschgen et al., 1984, Cooper et al., 1991, Desholm et al., 2004). Voor het detecteren van vogels hebben deze radars ongeveer een bereik van 8 km. De detectie hangt vooral af van de fysische eigenschappen van de vogel (hoe groter hoe beter), in welke richting de vogel zich beweegt, of de vogel alleen vliegt of in groep en van de weersomstandigheden High-powered navigatie radar Deze radars zenden hun elektromagnetische straling uit aan een veel hogere kw dan de scheepsradars. Ze kunnen dan ook vogels detecteren tot een afstand van km. Ze zijn ideaal voor het detecteren van migratieroutes van vogels over grote afstand, maar door hun grote detectierange, hebben ze een grove resolutie, waardoor deze radars niet geschikt zijn voor een gedetailleerde monitoring die men nodig heeft voor offshore windmolenparken (Desholm et al., 2004) Doppler radar Deze radars worden gebruikt in een hoop toepassingen, gaande van meteoradars tot verkeersradars. Doordat deze radars werken op het doppler effect, kunnen ze de snelheid meten van individuele vogels evenals de vleugelslagfrequentie. Omdat de frequenties van verschillende vogelsoorten kunnen overlappen, kan men deze vleugelslagfrequentie niet gebruiken om de soort te bepalen. Wel kan men de gevolgde vogel indelen in verschillende soortgroepen. Hoewel deze radar zeer geschikt lijkt voor vogelobservaties, zorgen de heel hoge kostprijs (verschillende miljoenen euro s) ervoor dat deze nauwelijks wordt gebruikt (Desholm et al., 2004) Doelzoekradar Dit systeem is oorspronkelijk ontworpen voor militaire toepassingen met de bedoeling om een doelwit (vliegtuig, raket) te volgen, waarbij continu data over hun positie en bewegingen in het driedimensioneel vlak worden verzameld. De nieuwste systemen kunnen simultaan verschillende doelwitten volgen, maar deze kosten vele miljoenen euro s. Deze radars zijn in staat om één vogelecho te volgen en zo informatie te geven over hoogte, snelheid en vliegrichting. Ze kunnen eveneens de vleugelslagfrequentie 10

11 meten en zo de echo determineren tot een soortgroep. Doordat deze radar in staat is één individuele vogel te volgen, lijkt deze heel geschikt voor het registreren van aanvaringen van vogels met windturbines. De reden waarom ze toch nog niet gebruikt zijn in windmolenstudies komt door het feit dat indien de gevolgde vogel een windmolen nadert, deze radar zich zal vastpinnen op de windmolen, aangezien deze een grotere echo produceert. 3.3 Radarstudies in functie van offshore windmolenparken Denemarken Nysted offshore windmolenpark Er is een studie aan het Nysted offshore windmolenpark, dat gesitueerd is in het westelijk deel van de Baltische Zee. Het windmolenpark bestaat uit 72 turbines van elk 2,3 MW, geplaatst in 8 rijen noord-zuid georiënteerd, met 850 meter tussen de rijen en 480 meter tussen de windturbines in eenzelfde rij. De observatietoren met radar bevindt zich op een hoogte van 8 meter en staat 5,6 km noordoost van het windmolenpark (zie figuur 3.1). Men maakt gebruik van een Furuno maritieme radar (FR2125 met peak power 25 kw, variable pulse length/volume 0,3-1,2 μs, frequentie /- 30 MHz, vertical beam width 20, monitor 1280X1024 pixels, waar iedere pixel overeenstemt met 23 m 2 ) (Desholm & Kahlert, 2005). Figuur 3.1: Studiegebied met locatie windpark, observatietoren en radarbereik (Desholm et al., 2003) 11

12 Er wordt geen software gebruikt die de vogelecho s automatisch registreren. De echo s die verschijnen op het radarscherm worden overgetekend op transparanten en trajecten langer dan 5 km werden in GIS ingevoerd. Het onderzoek is vooral gericht naar het ontwijkingsgedrag van watervogels (eenden en ganzen). Er werd geen studie uitgevoerd naar de invloed op migrerende zangvogels (Kahlert et al., 2004). Dit systeem brengt enkele nadelen met zich mee: Het overtekenen van vogelecho s op transparanten is tijdrovend en betekent bovendien dat er iemand in real time aanwezig moet zijn bij het radarscherm. Doordat men niet beschikt over software die een filter vormt tegen regen- en golfreflectie, kan men geen data verzamelen bij regenval of bij ruwe zee (te hoge golven). Enkel bij goede weersomstandigheden kan men dus gegevens verzamelen. Doordat de observatietoren zich op grote afstand bevindt van het windmolenpark, zijn deze gegevens niet bruikbaar voor het onderzoek op zangvogels. Daarvoor moet de radar veel dichter bij het windmolenpark staan. Ondanks deze nadelen kon het ontwijkingsgedrag van watervogels goed worden bestudeerd. Het aandeel watervogels dat binnen het gebied van het windmolenpark vloog daalde met een factor van 4,5 vergeleken met de preconstructie fase. Overdag vlogen 4,5 % van de groepen watervogels het windmolenpark binnen. Daarvan vlogen er 12,3 % dichter dan 50 meter van de turbines. s Nachts vloog 13,8% van de groepen het windmolenpark binnen. Daarvan kwam enkel 6,5 % binnen een afstand van 50 meter Van de windturbines. Omgerekend betekent dit dat overdag 0,6 % en s nachts 0,9 % van de vogels vloog binnen de risico-afstand van aanvaringen (Desholm & Kahlert, 2005). De auteurs waarschuwen echter om voorzichtig om te springen met deze resultaten. De voortdurende aanwezigheid van onderhoudsschepen in de constructiefase van het windmolenpark kunnen een invloed gehad hebben op het ontwijkingsgedrag. Ook is enkel onderzoek verricht in goede weersomstandigheden. Er is nood aan meer onderzoek, vooral naar de cumulatieve effecten waar de zeevogelpopulatie in de toekomst zal mee te maken hebben (Kahlert et al., 2004, Desholm & Kahlert, 2005) Horns reef offshore windmolenpark Dit windmolenpark is gelegen aan de Westkust van Denemarken, in de Noordzee. Het ligt 14 km verwijderd van het Deense vasteland. Het bestaat uit 80 windturbines me elk een capaciteit van 2 MW. De windmolens bereiken een hoogte van 110 meter (rotor hoogte). De turbines staan ongeveer 500 meter van elkaar verwijderd. Er zijn 8 rijen van 10 windturbines die oost-west georiënteerd zijn. Ten noorden van de meest noordoost gelegen windturbine, ligt een transformatorplatform op 560 meter afstand (zie figuur 3.2) (Christensen et al., 2003). 12

13 Figuur 3.2: studiegebied Horns reef metlocalisatie windpark, radar en radarbereik (Christensen et al., 2003) Dezelfde Furuno FR2125 radar als beschreven in de Nysted studie werd gebruikt (Christensen et al., 2004). Ook werd gebruik gemaakt van een Furuno 10 kw maritieme navigatie radar. Deze radars verrichten waarnemingen vanop het transformatorplatform. Het verschil in peak power resulteerde in het feit dat de 25 kw radar vogels veel gemakkelijker op veel grotere afstand kon detecteren dan de 10 kw radar. In deze studie lag de nadruk op het ontwijkingsgedrag van overwinterende en ruiende Eiders Somateria mollissima, evenals het gedrag van migrerende watervogels. Ook hier is geen gebruik gemaakt van software om vogelecho s automatisch te selecteren. Net als in de Nysted studie tekende men de echo s over op transparanten en trajecten langer dan 1 km werden in GIS ingevoerd. Trajecten korter dan 1 km werden beschouwd als vluchten van plaatselijke vogels en werden niet in rekening gebracht (Christensen & Hounisen 2004). De nadelen die verbonden zijn aan deze studie zijn dezelfde als deze beschreven voor de Nysted studie. Ondanks dat de radar dichter stond bij het windmolenpark dan in de Nysted studie, gaan de auteurs ervan uit dat maar een heel klein deel van de geregistreerde vogeltracks behoren tot zangvogels (Christensen et al., 2004). Naast radarwaarnemingen, werden ook visuele waarnemingen verricht. Deze hadden vooral als doel om te weten te komen welke soorten vooral voorbij trokken aan Horns Reef (Christensen et al., 2004). Het simultaan gebruiken van radar- en zichtwaarnemingen overdag leverde soortspecifieke informatie op als vluchtsnelheid en oriëntatie gebracht (Christensen & Hounisen 2004). De vliegroutes van migrerende watervogels had een zuidwest oriëntatie, met de hoogste densiteit gedurende de nacht. Het percentage vogels dat het windmolenpark binnenvloog lag tussen 14-22%. De meeste vogels veranderden hun vluchtoriëntatie om het windmolenpark te vermijden. De meeste veranderingen vonden plaats op 400 meter van het windmolenpark (noord zijde) of op 1000 meter van het windmolenpark (oost zijde). Vogels die door het windmolenpark vlogen, trachtten de windmolens te 13

14 ontwijken door in het midden tussen de windmolens door te vliegen (lukte overdag beter dan s nachts). Dit gegeven reduceert verder de aanvaringskans tussen windturbine en vogel (Christensen et al., 2004) Nederland Meetpost Noordwijk In het najaar 2003 is het onderzoek van start gegaan in het kader van het Near Shore Windmolenpark en de effecten op vogels. Vanaf een 20 meter hoog onderzoeksplatform, 10 km uit de kust ter hoogte van Noordwijk, werden door Bureau Waardenburg en Alterra radar- en veldwaarnemingen van vogels op zee gedaan. Er werden gegevens verzameld van september 2003 tot november Voor de kust van Egmond zal men in waarschijnlijk in 2007 starten met de bouw van 36 windturbines, km in zee. Dit windmolenpark is door de overheid aangeduid als proefpark en de effecten van windmolens in zee op vogels worden er onderzocht (Krijgsveld et al., 2005). Op Meetpost Noordwijk werden 2 radars geplaatst. Een verticale 25 kw Furuno X- band radar en een horizontale 30 kw Furuno radar. De horizontale radar draait in horizontaal vlak om het ruimtelijk patroon van vliegroutes en trekrichting van vogels weer te geven, terwijl de verticale radar informatie vastlegt over de hoogtes van de vogels. Het systeem draait 24 uur per dag. Deze radars scannen een gebied van 11 km breed en 2,5 km hoog. DeTect (Florida, USA) ontwikkelde een geautomatiseerd systeem om met bijhorende hardware en software vogelecho s te registreren. Dit systeem wordt het Merlin systeem genoemd. Ieder opgeslagen echo kreeg een eigen ID (identificatie nummer) mee en werd opgeslagen in een databank (Krijgsveld et al., 2005). Overdag worden door veldwaarnemers volgens een vast protocol tellingen verricht van vliegende vogels boven zee. Hiermee krijgt men een idee van de soortensamenstelling en hoopt men de gegevens van de radar te kunnen corrigeren (foutbronnen door reflectie van golven). Ook worden er tellingen vanop het platform gedaan in combinatie met radarwaarnemingen. Langs die weg tracht men gedragspatronen aan vogelecho s te kunnen koppelen en zo echo s die s nachts worden vastgelegd te kunnen interpreteren tot soorten en soortgroepen (Krijgsveld et a. 2005). Het systeem van DeTect werkt in feite niet goed. Net als in Denemarken heeft men teveel last van de reflectie van golven. Bij windkracht 2 loopt het radarscherm reeds vol met reflecties en het bereik van de radar wordt hierdoor beperkt. Bureau Waardenburg slaagde erin om software te ontwikkelen die de meeste golfreflecties eruit haalden. Toch zorgde de overgebleven reflecties nog voor een te grote bias in de gegevens. Zo vertoonden de vliegrichtingen een hoge correlatie met de golfhoogte en de golfrichting. Bovendien werden door het verwijderen van de golfreflecties, de vogeltracks in verschillende ID s gesplitst. Hierdoor werd de lengte van de vogeltracks ingekort, terwijl die lengte juist belangrijk is om vogeltracks te onderscheiden van golfreflecties. Met het verwijderen van de golfreflecties zijn ook ongekende aantallen vogelecho s uit de data verdwenen. Ten gevolge van de harde 14

15 weercondities op zee, viel het radarsysteem regelmatig uit. Het systeem is dus nog in vele opzichten vatbaar voor verbeteringen (krijgsveld et al., 2005). De gegevens toonden aan dat er s nachts meer vogeltrek was waar te nemen dan overdag. Bovendien vlogen de vogels s nachts hoger. De meeste vogelbewegingen werden vastgesteld in oktober, wat dan gedurende het jaar daalde tot een minimum van januari tot maart. In mei en juni was er dan weer een piek waar te nemen, die echter minder groot was dan in het najaar. De meeste vogelbewegingen waren afkomstig van meeuwen (70 90%), waarvan nog eens 80% afkomstig was van rond de aanwezige vissersschepen. Ook s nachts vond men vliegbewegingen van meeuwen, in relatie tot vissersboten. De vliegrichting van migrerende vogels was ofwel parallel met de kust, ofwel van Nederland naar Groot-Brittannië. Nachtelijke trekbewegingen in de herfst waren voornamelijk afkomstig van lijsters (Koperwiek, Zanglijster en Merel), maar ook van steltlopers, eenden en ganzen. Gedurende de dag vloog het merendeel van de vogels (50 tot 75%) lager dan 27 meter. Voor pelagische zeevogel lag dit percentage nog beduidend hoger. Nachtelijke trek bevond zich meestal hoger dan 200 meter, bevestigd door zowel radarwaarnemingen als moonwatching (krijgsveld et al., 2005). Bureau Waardenburg is van mening dat de toekomstige monitoring moet gevoerd worden met een beter detectiesysteem. Ze hebben reeds contact opgenomen met TNO (Nederlandse organisatie voor Toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek) en hen de opdracht gegeven om een seaclutter ongevoelige radar te ontwikkelen voor zeevogelmonitoring. Deze vogelradar zal operationeel zijn tegen eind 2006 (zie hoofdstuk 4) Verenigd Koninkrijk Gibraltar point NNR Het Central Science Laboratory (CSL) deed eind november 2003 een radarstudie in Gibraltar Point National Nature Reserve, Lincolnshire. De bedoeling was om zowel de voordelen als de nadelen van vogeldetectie met radar in kaart te brengen met het oog op verdere studies in verband met windmolens en luchthavens. Er werden twee Furuno navigatieradars gebruikt, een S-band radar (FR-2135S-B) voor het horizontale vlak en een X-band radar (FR-2125-B) voor het verticale vlak. Deze werden gemonteerd op een aanhangwagen zodat men beschikte over een mobiel radarsysteem (Allan et al., 2004). Dit systeem werkt tot een afstand van ongeveer 10 km. Het systeem werkt niet bij hevige regen of sneeuw. Invloed van golfreflectie werd niet besproken in het rapport. De gegevens maken duidelijk dat ondanks de nadelen radarstudies heel nuttig kunnen zijn voor continue vogelmonitoring van vliegbewegingen in een groot gebied. Vooral voor monitoring van de nachtelijke vliegbewegingen, aangezien deze tot nu toe niet beschikbaar zijn door andere technieken. De auteurs zijn dan ook van mening dat het gebruik van radartechnieken een significante bijdrage kunnen leveren voor het oplossen van de debatten omtrent windmolenparken en hun invloed op vogelpopulaties (Allan et al., 2004). 15

16 Loch Ryan, Dumfries In deze studie werd dezelfde radar gebruikt als in de Studie van Gibraltar point NNR. Er werd gewerkt met een verplaatsbaar platform. Dit platform kan gebruikt worden in ondiepe kustzones met dieptes tussen 1 en 21,5 meter. Het radarsysteem werd met een kraan op het platform gebracht, waarna het platform naar de juiste plaats werd gebracht. (Brown & Walls 2004). Het voordeel van zo een verplaatsbaar platform is dat men het kan plaatsen waar men wil. Ook de verstoring van gevoelige soorten (Zwarte Zee-eend) is miniem vergelijken met een scheepstelling of vliegtuigtelling. De radar werkte goed vanop het platform. Het gaf een beeld van de vliegbewegingen van vogels op de onderzochte locatie, inclusief de nachtelijke vliegbewegingen, die voorlopig nog niet goed gekend zijn. De radar werkt beter vanop een offshore, stabiel platform dan vanop het vasteland. Het gebruik van zo een verplaatsbaar platform is echter heel duur indien men voor langere periodes wil monitoren (één dag platform gebruiken komt overeen met één dag een schip gebruiken). Daarom is deze techniek niet geschikt voor langdurige monitoring. Het bereik van de radar ging echter wel snel naar beneden bij slechte weersomstandigheden (Brown & Walls 2004) Zweden Utgrunden In deze studie ging de aandacht naar de migratie van watervogels door een relatief klein windmolenpark (12 turbines). Dit gebeurde door veldwaarnemingen vanuit een vuurtoren. Er werden ook gegevens gebruikt van militaire navigatie radars van het Zweedse leger. Dit om een zicht te krijgen op de nachttrek of de trek in slechte weersomstandigheden (mist). Deze radars waren niet speciaal aangepast aan het observeren van vogels. Hierdoor werden niet alle vogels weergegeven op het radarscherm. Vooral kleinere zangvogels die alleen trokken werden gemist. Ook vogels die laag over het water vlogen werden gemist door de reflectie van de golven (Pettersson 2005). De onderzoekers vonden dat 30% van de watervogels een invloed ondergingen van de windmolens. Eidereenden verplaatsten hun migratieroutes oostwaarts om niet in contact te komen met de windmolens. De meeste watervogels veranderen hun vliegrichting 1-2 km voor de windturbines. De auteurs extrapoleerden de verzamelde gegevens en kwamen tot de conclusie dat in de lente 1-4 en in de herfst 10 groepen watervogels risico liepen doordat ze te dicht bij de windmolens vlogen. Omgerekend betekent dit één gedode vogel per windturbine per jaar (Pettersson 2005). 3.4 Radarstudies niet gebonden aan offshore windmolenparken Er is veel literatuur beschikbaar over radarornithologie. Deze studies startten midden de jaren veertig met het werk van Lack & Varley (1945) en werd verder gezet met het werk van Graber & Hassler (1962), Nisbet (1963), Eastwood (1967) en Konrad et al. (1968). De laatste 30 jaar werden de meeste radar studies uitgevoerd op trekvogels en dit voornamelijk in Noord Amerika, Europa en Israël (Desholm et al., 2004). 16

17 In Europa werd het meeste onderzoek uitgevoerd door de Lund universiteit te Zweden, gevolgd door het Zwitsers Ornithologisch Instituut. In Zweden werden doelzoekradars gebruikt, geplaatst op het dak van de universiteit voor onderzoek naar ganzen, steltlopers en Gierzwaluwen Apus apus (Green & Alerstam 2000, Bäckman & Alerstam 2001). Daarnaast gebruikte men mobiele doelzoekradars op het dek van een ijsbreker, op expedities in de Arctische gebieden voor ornithologisch onderzoek (Gudmundsson et al., 2002, Hedenström et al., 2002). In de jaren zeventig werd in Zweden gebruik gemaakt van high-powered L-band militaire radars om de migratie van watervogels te onderzoeken in Zuid-Zweden (Alerstam et al., 1974). Het Zwitserse Ornithologisch Instituut maakt gebruik van de Superfledermaus, een voormalige militaire doelzoekradar van het X-band type. Dit systeem werd voornamelijk gebruikt voor studies uitgevoerd in Israël (Bruderer 1994, Bruderer et al., 1999, Zehnder et al., 2002). Ook effecten van lichtstralen (Bruderer et al., 1999), tegentrek van zangvogels (Zehnder et al., 2002) en vogelmigratie in de Sahara (M. Herremans pers. comm.) werden met deze radar onderzocht. Ook in Nederland zijn al verschillende studies uitgevoerd met een dergelijk militaire radar, die Flycatcher radar wordt genoemd. Deze radar heeft een beperkt bereik van 10 km, maar is in staat individuele vogels te volgen en te identificeren tot groepsoort (Van Gasteren et al., 2002). Daarnaast maakt men in Nederland gebruikt van verschillende verkeersleidingsradars (S-band radars) waaraan het ROBIN-systeem (Radar Observation of Bird Intensity) gekoppeld is. Dit ROBIN systeem is specifiek ontworpen voor het uitfilteren van vogelecho s uit radarbeelden, waardoor er onderzoek op grote schaal kan worden gevoerd naar trekpatronen van vogels. Aan de hand van de verzamelde informatie kunnen waarschuwingen worden uitgestuurd naar piloten indien de vogeltrek te hevig wordt en aanvaringen zich dreigen voor te doen tussen vliegtuigen en vogels. Ook in België is sinds oktober 2005 een dergelijke radar aangesloten op het ROBIN-systeem. Door de grove resolutie en de grote range waardoor de onderste luchtlagen niet gescand worden (door aardkromming) is dit systeem echter niet bruikbaar voor onderzoek met betrekking tot windmolens (H. van Gasteren pers. comm.). In Denemarken werden High-powered L-radars gebruikt in 1970, om aanvaringen te vermijden tussen vliegtuigen en vogels (Rabøl et al., 1970). In Noord Amerika werden vooral studies uitgevoerd met kleine navigatieradars en de veel krachtiger lange afstand meteoradars. Eerst werd gebruik gemaakt van de WSR- 57 en ARS-7 radars, om een totaalbeeld te krijgen van de vogeltrek boven de VS (Gauthreaux 1970, 1971, 1991). In de jaren negentig werden de oude WSR radars vervangen door een nieuwe generatie radars, nl. WSR-88D radars. Dit zijn Doppler radars en hebben bewezen dat ze heel efficiënt data kunnen verzamelen van trekvogels op een grotere schaal (Gatereaux & Belser 1998, Russel & Gatereaux 1998, Diehl et al., 2003, Farnsworth et al., 2004). Voor meer lokale studies werden kleine X-band navigatie radars gebruikt (Stevens et al., 2000, Cooper & Blaha 2002). Sommige van deze radars maakten gebruik van anti-grondreflectie toepassingen, zoals een grondreflectie reductiescherm (Cooper et al., 1991), of door de T-antenne 12,5 naar boven te kantelen (Williams et al., 2001). Om de vlieghoogte te meten werd de 17

18 antenne gekanteld in verticale stand (Harmata et al., 1999) of werd de antenne vervangen door een paraboolantenne die de hoogte meet (Cooper et al., 1991). 3.5 Samenvatting Literatuurstudie Dankzij het gebruik van radartechnieken kan men veel te weten komen over vliegpatronen van migrerende vogels en mogelijke invloeden van windmolenparken. Radar heeft vooral als voordeel dat het s s nachts en bij mist kan opereren, terwijl in die omstandigheden het menselijke oog te kort schieten. Ook kan men continu gegevens registreren. Het ontwijkingsgedrag van zeevogels ten opzichte van windturbines werd met radar bewezen in Denemarken en Zweden. Dankzij radar kon men in Nederland ook een gedetailleerde studie maken van de vlieghoogtes van vogels boven de Noordzee. Radarsystemen kunnen dus een grote meerwaarde zijn voor het onderzoek van invloeden van windturbines op zeevogels. Het grootste nadeel van offshore radaronderzoek is echter de golfreflectie. Bij een windkracht 2 loopt het radarscherm al vlug vol en maskeren de golfreflecties de vogelecho s. Het Amerikaanse bedrijf DeTect heeft een systeem ontwikkeld om vogelecho s automatisch te registreren, maar dit werkt nog niet naar behoren. Golfreflecties verstoren in grote mate de gegevensdatabank. Momenteel is TNO bezig met het ontwikkelen van een vogelradar, welke ongevoelig is voor golfreflectie. Dergelijke radars zullen in de toekomst nodig zijn indien men meer wenst te weten te komen van de invloeden van windmolens op vogels. Het simultaan gebruiken van radarwaarnemingen met zichtwaarnemingen overdag kan bovendien soortspecifieke informatie opleveren zoals de vluchtsnelheid en de oriëntatie van vogelsoorten. 18

19 4. Organiseren praktijksessie - werkbezoeken Er werd een inventaris opgemaakt van de in België beschikbare radarsystemen. Er werd nagegaan of deze apparatuur gebruikt kan worden. Hierbij werd zowel gekeken naar de locatie van de radar, de voorwaarden voor gebruik, de bruikbaarheid van de resultaten als naar de technische en budgettaire vereisten. Er werd niet meteen geschikte apparatuur gevonden voor het organiseren van testen. Ook waren er geen mogelijkheden om met geschikte apparatuur in het buitenland testen te organiseren, met de bedoeling praktijkervaring op te doen. Wel bestaat er de mogelijkheid om in de zomer van 2006 testen bij te wonen met door TNO ontwikkelde apparatuur. 4.1 Inventaris radars De volgende radars werden onderzocht naar hun bruikbaarheid voor de monitoring van de avifauna op de Thorntonbank Militaire Radar Semmerzake De eigenschappen van deze radar zijn als volgt: Martello S723 Type: L-band radar Peak Power: 100 kw Fixed pulse length/volume: 150 µs Pulse repeat frequency: 255 Hz Vertical beam width: 20 Range: 250 km Resolution range: 185 m, azimuth= 1,6 op 185 km Deze radar, gelegen in Semmerzake (Oost Vlaanderen) regelt de begeleiding van vliegtuigen in het Belgische luchtruim. Deze radar beslaat het grootste deel van het Belgische gedeelte van de Noordzee en zou in principe gebruikt kunnen worden. Recent onderzoek (Courtens & Stienen 2004) wijst er echter op dat deze radar niet bruikbaar is voor monitoring van de avifauna op de Thorntonbank. De vogelecho s die deze radar produceert boven de Noordzee komen niet overeen met de werkelijke situatie. De gegevens zijn bovendien onbruikbaar bij planning van windmolenparken op zee omdat ze onvoldoende informatie geven over de vlieghoogte (Courtens & Stienen 2004). Door de grote afstand tussen de radar en de Thorntonbank en door de aardkromming is deze radar niet in staat de onderste luchtlagen te scannen boven de Noordzee. Het is net die laag die belangrijk is voor het onderzoek van effecten van windmolens op de avifauna. 19

20 4.1.2 Luchtvaartradar Oostende Deze radar regelt net als de radar in Semmerzake het vliegverkeer in het Belgische Luchtruim. Deze S-band radar is beter geschikt voor het detecteren van kleinere vogels dan de radar te Semmerzake, door de geringere golflengte (ca cm). Deze golflengte komt overeen met de omvang van kleinere vogels. Doordat deze radar zich dichter bij de Thorntonbank bevindt dan deze in Semmerzake en deze geplaatst is aan de zee, zal het de onderste luchtlagen beter scannen dan de radar te Semmerzake. Nadeel van deze radar is dat er geen onderscheid gemaakt wordt tussen de verschillende vlieghoogtes, iets dat toch essentieel is voor onderzoek in verband met windmolens (Courtens & Stienen 2004). Verder heeft deze radar een groot dekkingsgebied, wat de resolutie van de gegevens niet ten goede komt Radar Glons De eigenschappen van de militaire radar te Glons (Luik) zijn als volgt: MPR Type: S-band radar Peak Power: 20 MW max Fixed pulse length/volume: 4 µs Pulse repeat frequency: 250 Hz Vertical beam width: 20 Range: 150 km Resolution range: 30 m, azimuth= 1,6 op 500 m Dit najaar werd deze uitgerust met het ROBIN4 vogeldetectiesysteem. Deze radar kan dus een gedetailleerd beeld geven van de vogeltrek, maar doordat het detectiebereik 150 km is, wordt de Noordzee niet gedekt. Hierdoor is deze radar onbruikbaar voor monitoring van avifauna boven de Noordzee. Bovendien zorgen de grote afstand tussen Glons en de Thorntonbank dat de onderste luchtlagen niet meer gescand worden op grote afstand, dit door de aardkromming Meteoradar KMI Er zijn in België momenteel 2 meteoradars, één te Wideumont (Luxemburg) en één te Zaventem (Vlaams-Brabant). Deze laatste is eigendom van Belgocontrol. In de toekomst is er eveneens een radar gepland te Jabbeke (West-Vlaanderen). De eigenschappen van de meteoradars zijn als volgt: Type: C-band Frequentie: 5.6 GHz Peak Power: 250 kw Range resolution: 500 meter. Theoretisch mogelijk tot 125 meter. Sinds november 2001 heeft het KMI een nieuwe weerradar staan in Wideumont (Luxemburg). Deze radar bevindt zich op een toren van 50 meter hoogte en heeft een bereik van 240 km. Maar kwantitatieve meetwaarden zijn slechts te bekomen tot 100 km. 20