气候变化多维度指标在加拿大濒危物种优先保护地适应性管理中的应用与风险评估

本综述系统评估了加拿大11个濒危物种优先保护地（Priority Places）在多维度气候变化指标（如气候异常、气候速率、生态区转移等）下的暴露风险，采用SSP/RCP情景量化2050s-2080s气候暴露差异，揭示西部增雨、中部干热、东部冬暖的格局差异，为气候智能型保护（climate-informed conservation）提供空间决策支持，助力构建韧性生物多样性保护网络。

　　

Abstract

加拿大联邦政府与各省地区合作，于2018年实施《泛加拿大濒危物种保护转型方法》，依据生物多样性、濒危物种集中度和保护推进潜力选定11个优先保护地。理解这些区域对气候变化的潜在暴露程度对制定有效保护行动至关重要。研究通过多维气候指标量化各优先保护地的变化趋势：所有区域均面临多生物气候变量的显著改变，但变化特征存在地域差异。西部和东部年降水量可能增加，而中部草原地区可能变得更干热；西部夏季干热，东部夏季降水增多且冬季增温最显著。地形复杂区域可能具备气候避难所功能。这些结果将为现有决策流程、威胁评估和气候适应性保护实施提供科学依据。

Introduction

气候变化作为加拿大最普遍的威胁，因其对生物多样性和人类福祉的日益影响而受到关注。它直接增加极端事件频率和强度（如热浪、野火），并通过温湿度变化改变物种分布，进而影响生态系统结构功能。气候变化与保护目标（如物种分布偏移）或其他威胁（如暖化导致外来种扩张）的交互作用可能削弱保护策略有效性。全球研究表明保护区内气候条件的剧烈变化可能降低对特定气候条件物种的保护效能。尽管直接研究生物对气候的响应是最佳途径，但许多物种缺乏种群统计、生理或分布数据。对于大尺度多物种管理，采用气候异常（偏离长期平均值）和气候速率（气候变量在地球表面的位移速率）等指标进行快速评估，可作为筛查高风险区域和避难所的首轮工具，并为国家计划中不同生态系统提供统一评估标准。

有效评估气候暴露需使用捕捉多维度气候影响的指标集。在加拿大这种纬度温度梯度大、生态系统多样的国家，北部人类干扰较低，局部指标（如温度异常）有助于检测新兴气候威胁；而区域指标（如气候速率、生态区转移）有助于识别未来避难所或物种迁徙廊道，尤其在生物多样性和人类压力高的南部。整合多变量的指标（如气候相似度或生态区转移）可识别支持相似物种群的气候类似区。通过捕捉全境多样生态系统的不同气候影响，气候变化指标支持更具针对性的保护规划。

多样指标允许保护实践者将特定指标与不同管理目标和气候行动对齐。例如气候速率可作为物种范围迁移的代理，用于识别需追踪适宜气候的物种移动区域，指导气候连通性设计和避难所识别；而暴露相关指标（如极端降水或海平面变化）可评估沿海社区洪水风险，优化保护优先级。

Materials and methods

Study area and data sources

研究聚焦加拿大11个优先保护地，多数位于生物多样性和人类土地利用强度高的南部（42–52°N），唯一北方区域Yukon South Beringia位于60°N以上。这些区域涵盖加拿大生态系统多样性，包括北方森林、苔原、西海岸针叶林、草原和东部阔叶混交林。沿海生态系统和湿地是关键组成部分。11个保护地平均面积267万公顷（范围8.67万–843万公顷）。生物气候数据来自AdaptWest（北美数据库，含CMIP6的SSP情景）和Climate Data Canada（CDC，加拿大数据库，使用RCP情景），选取SSP2-4.5/SSP3-7.0和RCP4.5/RCP8.5代表中度和高度排放情景。共选用21个生物气候变量，包括年/季平均温湿度、极端事件频率（如>30°C天数）和干旱指数（Hogg's CMI）。AdaptWest数据为13个GCM集合，分辨率1km；CDC为24个GCM集合，分辨率约10km×6km。

Local climate metrics

局部气候指标包括异常值和气候差异度，均在栅格水平评估。异常值为未来（2050s）与基线气候的差异，含绝对变化、百分比变化（温度用开尔文温标避免除负）和相对变化（除以基线标准差）。气候差异度为多变量度量，使用11个气候变量进行主成分分析，计算绝对差异度和相对差异度（除以基线年际变异）。沿海保护地还分析相对海平面变化（地质调查局数据）。

Regional climate metrics

区域气候指标包括生态区组成变化、类似生态区距离和气候速率。生态区变化评估基于消失和新增生态区数量及覆盖比例。类似生态区距离计算采用大圆距离，比较基线与未来同期同生态区点的中位数距离。气候速率分为前向速率（从当前气候到未来类似气候所需移动速度）和后向速率（从未来气候回溯到当前类似气候的速度），前者反映物种追踪气候所需速度，后者指示物种迁入新区的难易度及避难所潜力。所有分析在R中完成，使用terra包进行空间处理。

Results

Local climate metrics—anomalies

年均降水除两个草原保护地（South of the Divide和Mixed Grass Prairie）外均增加，PEI Forested Landscape绝对增加最大（89–91mm），Yukon South Beringia百分比增加最高（20%–22%）。西部降水百分比增幅（3%–12%）高于东部（2%–8%）。季节上，多数区域冬春降水增加，Yukon South Beringia全季增加；西部夏季降水减少而东部多数增加（除St. Lawrence Lowlands），草原地区夏秋更干。极端降水事件频率和强度在所有区域均增加，Atlantic沿海和Yukon等绝对值变化大，草原和Dry Interior BC百分比变化高。除Yukon外，所有区域干旱概率增加（CMI降低）。

年均温普遍增加≥2°C，草原地区增幅最大（≥3°C），东部2–3°C，西部约2°C。季节和极端温度变化区域异质：草原和西部夏秋及最暖月增温显著，东部冬春及最冷月增温更甚。东部（除PEI）无霜日数增加绝对值高，Kespukwitk/Southwest Nova Scotia最大；Yukon、Kespukwitk和Long Point Walsingham Forest百分比增>20%。>30°C天数百分比增加东部较高，但绝对值草原最大。≤?25°C天数减少在北方和草原显著，四个沿海区域可能再无≤?25°C日。降雪量变化受冬季温湿共同影响：Yukon和Summit to Sage因冬温增幅小且降水增，雪量增加11–12%和7–9%；其他区域暖冬导致雪量减少。

Local climate metrics—climatic dissimilarity and relative sea-level

绝对气候差异度在各保护间较一致（RCP4.5均值0.25，RCP8.5均值0.79），表明无单一区域经历更剧烈整体变化。相对差异度则因基线气候稳定性不同而差异大：当前气候稳定区（如Kespukwitk/Southwest Nova Scotia、Long Point Walsingham Forest和Southwest BC）相对差异度高，生物可能更易受未来变化影响。海平面在所有沿海区域上升，Atlantic沿岸增幅最大（～30cm），Quebec和Pacific沿岸约15cm。

Regional climate metrics

当前西部保护地因海拔跨度大而生态区数量多。未来东部现有生态区消失比例高，新增生态区覆盖可达70%以上；西部生态区多持续但空间偏移。类似生态区距离普遍增加，平均从目前<13km增至2050s的5.2倍，St. Lawrence Lowlands距离最大（因主导生态区破碎化），Southwest BC最小（无生态区消失）。高排放情景距离更长。

前向速率在海拔高区（如Yukon高原和Cypress Hills）更高，低海拔区（如Southwest BC河谷）较低，表明山顶物种需更快移动追踪气候。后向速率则相反：平坦低地区（如沿海低地和岛屿）高，山区低，意味着低移动力物种可能colonize低后向速率区。速率值高排放情景均更高。

Discussion and conclusions

Implications for management

多指标评估支持气候智能保护策略。当前气候稳定但相对差异度高的区域（如Kespukwitk/Southwest Nova Scotia）需关注生物适应性；地形复杂区（如Yukon）可能具避难所潜力。保护策略可包括新建保护区、原民保护地或保育地役权，并依据指标调整管理：低速率高差异区需促进自然更新，高速率高差异区考虑辅助迁移；类似生态区距离大增区需加强廊道建设。Resist–Accept–Direct框架可指导基于生态转变速度的行动选择。Open Standards框架支持将气候指标整合至威胁评估，识别脆弱目标（如温度敏感种、低移动力种），调整策略应对生产力下降、入侵种扩张或物候错配。

Limitations and caveats

指标数据源GCM和情景不完全一致，但聚焦中排放情景（RCP4.5/SSP2-4.5）可增强可比性，且变化趋势与国内外研究一致。1km分辨率适于区域规划识别宏避难所，但物种特定计划需更细尺度数据。跨边界物种管理需评估境外变化。物种响应还受人类活动、扩散能力、适应力等影响，极端事件持续时间和物种特异阈值也需考虑。加拿大仅部分濒危物种评估涵盖气候变化威胁。原民知识对气候检测和适应方案至关重要，未来需加强合作共研。

多指标方法提供了更全面的气候影响理解，支持标准化国家策略和区域定制化脆弱性评估，促进快速评估和气候知情决策，增强生物多样性保护的气候韧性。