加利福尼亚洋流海域海鸟栖息地的范围和季节性变化的预测及其对海洋空间规划的影响

《PLOS Climate》：Projected changes to the extent and seasonality of seabird habitat in the California current and implications for marine spatial planning

本研究基于1980-2017年132,000条船基和航空观测数据，构建加州洋流生态系统（CCE）五种海鸟物种的物种分布模型（SDM），分析1980-2100年气候情景下栖息地适宜度变化，揭示温度升高导致海鸟栖息地缩减，不同物种和区域的响应差异，提出海洋保护区与可再生能源开发需动态调整的结论。

　　海洋环境的变化，尤其是由气候变化引起的，正在深刻地影响着海洋生态系统的结构和功能。这种变化不仅改变了物种的分布模式，还可能对现有的海洋管理措施产生重大影响，包括固定的海洋保护区（Marine Protected Areas, MPAs）和未来可能的海洋用途区域（如海上风电场）。为了更好地理解这些变化，并为未来的海洋空间规划提供科学依据，研究者们利用了长达数十年的海洋观测数据，结合气候模型的预测，分析了多种海鸟在未来气候变化背景下的栖息地适宜性变化。这一研究涵盖了加利福尼亚洋流生态系统（California Current Ecosystem, CCE）中的五种重要海鸟物种，其中包括两种季节性迁徙的物种（黑脚信天翁和灰背信天翁）和三种全年栖息的物种（卡辛海雀、犀牛海雀和普通鸬鹚）。研究的目的是评估这些物种在未来可能的栖息地变化，并探讨其对海洋保护区和海上风电场等管理区域的影响。

气候变化导致的海洋条件变化，包括海水温度上升、氧气减少、酸化以及初级生产力的变化，正在重塑全球海洋生态系统。同时，人类活动的影响，如渔业资源的过度捕捞和海洋资源的开发，也在与这些自然变化相互作用。海鸟因其在海洋生态系统中的高度移动性以及对环境和资源变化的敏感性，成为研究海洋环境变化对生态系统影响的重要指示物种。它们的分布和行为模式可以反映海洋环境的变化趋势，包括食物链的变化、繁殖季节的调整以及对人类活动的反应。

研究团队利用了超过132,000个基于船只和空中观测的海洋调查数据，构建了物种分布模型（Species Distribution Models, SDMs），以评估不同海鸟物种在CCE中的栖息地适宜性。这些模型结合了三种动态降尺度的高分辨率（0.1°）气候预测数据，时间跨度从1980年到2100年。研究结果显示，海鸟的栖息地适宜性与海水温度、海底深度、日照时长以及生物地理区域密切相关，但这些变量的重要性因物种而异。例如，卡辛海雀和犀牛海雀对温度上升表现出更显著的负面反应，而灰背信天翁和黑脚信天翁则对温度变化相对不敏感。这一发现表明，某些物种可能更容易受到气候变化的影响，从而导致其栖息地范围的缩小或分布模式的改变。

研究还分析了四种美国国家海洋保护区（National Marine Sanctuaries, NMS）和四种海上风电开发提案区域（Wind Energy Areas, WEAs）内的长期变化趋势。这些区域包括从墨西哥下加利福尼亚到北太平洋过渡区的广阔海域，涵盖了多种海洋生态特征。结果显示，这些区域的栖息地适宜性在不同时间段内发生了显著变化，尤其是在1980年至2100年之间。例如，所有物种的适宜性得分在CCE南部地区下降最为明显，而灰背信天翁则在北部地区显示出某些适宜性的上升趋势。这种变化趋势可能对现有的海洋管理措施产生深远影响，尤其是那些依赖于固定边界进行保护的措施。

此外，研究团队还评估了不同模型在不同区域和季节下的表现，以确定栖息地适宜性变化的不确定性。结果显示，模型的不确定性在不同物种和区域之间存在差异，某些区域（如CCE北部）在特定季节表现出更高的模型性能。这表明，在进行海洋空间规划时，需要考虑到不同物种对环境变化的反应差异，以及不同区域的生态特征。例如，某些区域可能在未来成为关键的栖息地避难所，而另一些区域则可能因适宜性下降而变得不适宜。

研究还指出，由于海鸟的分布和栖息地变化可能发生在不同时间点，因此需要更细致地分析其栖息地适宜性的季节性变化。例如，某些物种的适宜性可能在冬季下降，而在春季或夏季上升，这种季节性的变化可能影响其繁殖和觅食行为。同时，研究还强调了海洋保护和开发活动之间的潜在冲突，特别是海上风电场可能对海鸟的栖息地造成影响。例如，海鸟可能因为适宜性下降而避开风电场区域，从而影响其觅食和繁殖活动。

在未来的海洋空间规划中，考虑到气候变化对物种分布和栖息地适宜性的影响，将变得更加重要。现有的固定边界可能无法有效保护某些物种，尤其是在气候变化导致适宜性区域发生变化的情况下。因此，需要采取更加灵活的管理策略，包括动态调整保护区边界、考虑季节性变化的管理措施，以及结合多种数据来源进行综合评估。此外，研究还建议利用物种分布模型与海洋气候模型的结合，以预测未来可能的生态变化，并为海洋资源的可持续利用提供科学支持。

研究的局限性在于，它主要依赖于历史观测数据和当前的气候模型预测，而这些模型本身存在一定的不确定性。因此，在未来的模型研究中，需要进一步整合多种数据类型，如电子标记数据和行为数据，以提高模型的准确性。此外，还需要关注海鸟与其他物种之间的生物相互作用，例如竞争关系和食物链的变化，这些因素可能对海鸟的分布产生重要影响。通过更全面的模型分析，可以更好地理解海鸟对气候变化的响应，并为海洋生态保护和管理提供更有力的科学依据。