Wind turbine avoidance through flight behavioral change in Black-tailed Gulls Larus crassirostris

Abstract

탄소 중립정책의 영향으로 다양한 종류의 친환경 에너지가 개발되고 있는 가운데, 풍력발전이 주목을 받고 있다. 하지만 풍력발전의 개발은 환경에 부정적인 영향을 끼치고 있으며, 특히 야생동물 서식지 파괴 및 조류 충돌 등으로 인해 생물다양성에 위협을 유발하고 있다. 특히, 조류는 풍력발전기 개발과 관련하여 논의되는 주요 야생동물이며 충돌 및 서식지 파괴 등 직접적인 영향을 가장 크게 받는 야생동물로 알려져 있다. 야생동물들은 위협을 회피하기 위해 행동을 변화할 가능성이 있으므로, 풍력발전기 건설로 인한 야생동물의 행동변화에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 전라남도 영광에 위치한 풍력발전기 주변에서 서식하는 괭이갈매기를 대상으로 거리에 따른 비행행동 변화와 풍력발전기 회피를 파악하는 것을 목적으로 하였다. 데이터 수집은GPS 추적기를 괭이갈매기에게 부착하여 비행정보를 수집하는 것으로 진행되었다. 먼저 거리에 따른 비행행동 변화를 파악하기 위해 풍력발전기 주변으로 일정 간격의 버퍼를 생성하였다. 버퍼는 풍력발전기와 충돌 직전 일어나는 회피행동인 micro-avoidance를 파악하기 위해 50m-100m 간격으로, 풍력발전단지 내의 회피행동인 meso-avoidance를 파악하기 위해 100m-700m 간격으로 버퍼를 생성하였다. 버퍼 생성 후, 풍력발전기의 고도를 충돌 위험구간을 기준으로 4가지 (below collision risk zone, lower collision risk zone, higher collision risk zone, above collision risk zone)로 나누었다. 풍력발전기에 대한 괭이갈매기의 비행행동의 변화는 회피를 목적으로 하며 기존 연구에서 밝혀진 각도변화, 수평적 공간이용인 비행 경로변화, 수직적 공간이용인 고도변화로 나눌 수 있다. 각도변화는 괭이갈매기의 비행속도와 각도의 낮음/높음을 사용하여 행동을 4가지 modes(낮은 속도/낮은 각도, 낮은 속도/높은 각도, 높은 속도/낮은 각도, 높은 속도/높은 각도)로 구분 후 버퍼 내 포함되는 비율을 산출하였다. 경로변화는 괭이갈매기의 좌표를 선으로 이어 비행 경로를 생성한 후 버퍼 내 포함되는 경로의 비율을 산출하였고 마지막으로 고도변화는 좌표의 고도정보를 이용하여 버퍼 내 포함되는 비율을 산출하였다. 풍력발전기에 대한 조류의 움직임 연구는 발전단지 건설 전/후의 데이터를 수집하고 비교하는 것을 기본으로 한다. 하지만 단지 건설 전의 데이터 부족으로 인해 발전단지 건설 후 수집된 데이터를 무작위 각도로 여러 번 회전 후 시뮬레이션 데이터를 생성하여 풍력발전기가 없는 상황을 가정하였다. 이후, 시뮬레이션 및 실제 데이터 간의 비율 비교를 통해 풍력발전기로부터의 거리에 따른 비행행동의 변화의 차이를 분석하였다. 연구 결과, 시뮬레이션 데이터와 실제 데이터 간의 비행행동에 차이가 있었으며 실제 데이터는 낮은 속도를 이용한 비행행동에 집중되어 있었다. 이는 괭이갈매기의 실제 데이터가 시뮬레이션 데이터 보다 낮은 속도로 비행하는 비율이 높은 것을 의미한다. 또한, 낮은 속도의 비행 중 높은 각도로 비행하는 비율이 낮은 각도로 비행하는 비율보다 높았다. 비행의 수평적 공간이용을 실제 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하여 분석하였을 때, 풍력발전기 주변 50-100m거리에서 근접하여 비행하지 않는 모습을 보였고 100-700m 거리에서는 차이가 없었다. 마지막으로 비행의 수직적 공간이용을 실제 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하여 분석하였을 때, 발전단지 내 비행 시 약 40m 아래의 고도를 선호하는 모습을 확인하였고 풍력발전기와 충돌위험이 있는 고도는 회피하는 것으로 확인되었다. 이는 풍력발전기의 존재가 괭이갈매기의 속도와 각도변화 등 비행 행동에 영향을 주며 수직적, 수평적 공간이용에도 영향을 준다는 것을 확인하였다. 이 연구는 풍력발전단지를 이용하는 조류의 행동변화를 연구함으로써 풍력발전기 제원의 높낮이 조절로 이 종의 충돌저감을 고려할 수 있고, 향후 설치될 풍력발전기에 대해 괭이갈매기의 행동을 사전에 예측하고, 후속연구를 통해 이러한 행동변화가 추후 개체군에 미치는 영향을 평가한다는 데 활용될 수 있다는 점에서 유의미하다. 하지만 괭이갈매기의 행동변화는 주변의 환경 (수원, 논 등)에 영향을 받을 가능성도 있어 풍력발전기로 인한 행동변화 연구를 위해서는 균일한 주변 환경을 가정하고 풍력발전기에 대한 영향을 평가하는 연구가 필요하다. 또한, 해당 지역에 출몰하는 다양한 종과 환경을 고려하는 모니터링과 연구가 필요할 것으로 보인다.

The increasing need to reduce carbon emissions has led to the development of various types of renewable energy, with wind power gaining significant attention. However, the expansion of wind power infrastructure has raised concerns about its negative environmental impacts, such as habitat destruction and collisions with avian and bat species, exacerbating the biodiversity challenge. Among these impacts, birds are particularly susceptible to wind turbines due to direct effects such as habitat loss and collision risks. Therefore, it is crucial to study the behavioral changes resulting from the implementation of wind turbines. This study aimed to investigate the flight behavioral changes of Black-tailed Gulls (Larus crassirostris) according to the distance and assessment of avoiding wind turbines. To collect data, GPS tracking devices were attached to Black-tailed Gulls. In order to evaluate the change in flight behavior based on distance, buffer areas were created around each wind turbine. A buffer area ranging from 50m to 100m was established to examine micro-avoidance, which refers to immediate avoidance before the collision. Another buffer area ranging from 100m to 700m was defined to assess meso-avoidance, which involves avoidance within the wind farm. After the buffer area was created, wind turbine height was categorized into 4 different categories; (below collision risk zone, lower collision risk zone, higher collision risk zone, and above collision risk zone) based on the collision risk heights that were available from the currently installed wind turbines. The purpose of flight behavioral change of Black-tailed Gulls aimed to avoid threats, in which case, collision. Previous research has identified three key components of flight behavioral change: flight angle change, horizontal spatial utilization, and vertical spatial utilization. Flight angle change was evaluated by using both velocity and turning angle, resulting in the identification of four distinct movement modes: low velocity/low angle, low velocity/high angle, high velocity/low angle, and high velocity/high angle. The proportions of these movement modes were calculated within the defined buffer areas. Horizontal spatial utilization was examined by connecting the coordinates to form flight paths, and the proportions of these paths within the buffer areas were determined. Lastly, vertical spatial utilization was assessed by analyzing altitude information, and the proportions of coordinates within the height category were calculated. Behavioral change research related to wind turbines usually involved comparing data before and after the construction of wind farm. Due to the lack of available pre-construction data, however, simulated data were generated to represent scenarios where wind turbines were absent and random spatial utilization. The simulation data were generated by rotating observed data multiple times at random angles. Subsequently, this study analyzed the disparity in flight behavior changes along the distance from a turbine, in terms of three components (flight angle change, horizontal spatial utilization, and vertical spatial utilization), by comparing the proportions of movement modes, paths, and altitudes between the simulated and observed data. The observed data showed a higher frequency of flights with low velocity compared to the simulated data. Among these low velocity flights, there was a higher occurrence of flights with high angles compared to those with low angles. When comparing horizontal spatial utilization, Black-tailed Gulls demonstrated reduced participation in flights within the 50m to 100m range around wind turbines, but no significant difference in spatial utilization was observed within the 100m to 700m range. In terms of vertical spatial movements, Black-tailed Gulls exhibited a preference for flying at altitudes below approximately 40m while actively avoiding heights associated with collision risks. These findings suggest that the presence of wind turbines can potentially impact the behavior of Black-tailed Gulls, influencing their flight velocity, angle, and spatial utilization both horizontally and vertically. Investigating the behavioral changes of Black-tailed Gulls not only holds great significance as it can effectively mitigate collision risk by adjusting the height of the wind turbine but also enables predictions of avoidance behavior in response to future wind turbine installations and the assessment of potential population-level impacts through subsequent research. However, it is important to acknowledge that all the observed flight behavioral changes in Black-tailed Gulls may be influenced by environmental factors, such as freshwater resources for roosting and bathing, not solely by the presence of wind turbines. Future research should be conducted the under controlled environmental conditions such as offshore or forestry wind farms, where the presence of a forest can create a uniform condition across the wind farm area. Also, the data collection before the wind farm construction should be conducted as well. Considering that avian movements are species-specific and influenced by various factors, it is recommended to incorporate species-specific movement patterns while accounting for environmental factors in comprehensive studies.