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在气候变暖背景下，热浪频发威胁鱼类生存。研究人员结合亚季节至季节（S2S）预测方法与生态模型，构建热应激指数预测瑞士河流鱼类热应激风险。模型提前 2 - 3 周成功预测应激高峰，发现鲑科鱼类易受影响，为应对气候变化提供决策依据。
研究背景
近年来，全球气候变暖形势愈发严峻，热浪（Heatwaves）成为愈发频繁且危险的自然现象。它不仅严重威胁人类健康，还对自然生态系统发起了强有力的挑战。对于众多生物而言，热浪期间的极端高温常常突破它们的生理耐受极限，进而导致高死亡率，让原本生机盎然的夏季变成了生物们的生存难关。
鱼类作为水生生态系统的重要成员，属于变温动物（Ectothermic organisms），其体温和代谢过程直接受水温影响。当热浪来袭，水温急剧上升，再加上水中溶解氧减少、水流速度降低，这一系列变化使得水体环境变得不再适宜鱼类生存，导致鱼类承受巨大的热应激（Thermal stress），严重时甚至会引发大规模死亡事件。
在这样的困境下，传统的预测手段已难以满足需求。虽然天气预报和气候预测在农业、渔业等领域有所应用，但在生态领域，尤其是针对野生动物受极端气候影响的预测方面，仍存在诸多不足。现有的生态影响预测模型在量化物种分布（即暴露，Exposure）和物种特异性热耐受性（即脆弱性，Vulnerability）时困难重重，而且极端热事件对野生动物影响的观测数据稀缺，使得模型验证举步维艰。因此，迫切需要一种新的研究方法，能够更精准地预测热浪对鱼类的影响，为保护生物多样性提供有力支持 。
研究开展与结论
为了解决这些难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将亚季节至季节（Sub-seasonal to seasonal，S2S）预测方法与结合生理参数的生态模型相结合，致力于构建一个能有效评估瑞士河流鱼类在热浪期间热应激风险的模型。
研究人员首先广泛查阅文献，收集鱼类热应激相关的生理参数，构建了热应激指数（Thermal stress index）。随后，他们将基于深度学习的水温预测、鱼类生理数据以及物种分布模型（Species distribution models，SDMs）融入到模型之中。经过一系列复杂的分析与验证，研究人员得出了重要结论：该模型在两个关键验证地点成功提前 2 - 3 周预测出了热应激高峰，且这些地点在热浪期间确实出现了高鱼类死亡率。此外，通过对鱼类物种基于热敏感性的分类，研究人员发现鲑科鱼类（Salmonids）对热浪的脆弱性较高。这一研究成果对于应对气候变化、减少当地鱼类死亡率有着重要意义，为生态系统的适应性管理提供了关键依据，相关成果发表在《Ecological Modelling》。
研究方法
研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 数据收集与整理：利用瑞士联邦环境办公室（FOEN）自 20 世纪 70 年代起建立的河流温度监测站网络，获取长期的水温监测数据。同时，全面查阅文献，整理出包含 16 个科、59 种鱼类（43 种本地种和 16 种入侵种）的相关信息，用于后续分析。
- 模型构建与整合：开发基于深度学习的水温预测工具，结合鱼类生理数据，构建热应激指数。将物种分布模型与这些数据整合，形成一个综合的概率生理模型，以预测不同鱼类在热浪期间面临的热应激风险。
- 模型验证：回顾性地将模型应用于 2018 年瑞士低地河流的 20 个测量站的热浪情况，将模型结果与专家和从业者的评估进行对比，以此验证模型的有效性。
研究结果
- 水温度预测：借助瑞士联邦环境办公室的监测网络和先进的深度学习算法，开发出了用于瑞士河流水温预测的工具，为后续研究提供了关键的环境数据支持。
- 物种特异性热应激阈值：通过文献回顾，确定了众多鱼类的热应激阈值。在对比 11 种鱼类的可用临界温度与 CTmax值后，发现二者差异为 CTmax的 17%（a = 0.17），进而计算出了所有已知 CTmax值鱼类的热应激阈值。其中，鳙鱼（Hypophthalmichthys nobilis）的热应激阈值最高。
- 模型验证与应用：对模型进行回顾性验证时发现，在两个关键验证地点，模型能够提前 2 - 3 周成功预测热应激高峰，这与从业者报告的高死亡率情况相契合。此外，根据鱼类热敏感性分类，清晰地识别出鲑科鱼类具有较高的脆弱性。
研究结论与讨论
本研究成功地将生理参数与 S2S 预测相结合，显著提升了对热浪影响鱼类群落的预测能力。开发的模型为预测热应激风险提供了有力工具，有助于相关人员进行主动监测，并针对极端事件制定和实施适应性管理策略。然而，基于专家的验证也揭示出在准确量化鱼类热应激方面存在挑战，特别是在评估过程中，这也为后续研究指明了改进方向。
在气候变化加剧、热浪和干旱事件日益增多的大背景下，这类整合生理参数的影响预测模型在生态学领域的重要性愈发凸显。它不仅能够帮助人们深入理解极端事件对野生动物的影响机制，还能为决策者提供科学依据，使其能够制定并实施有效的预防和缓解策略，对于保护生物多样性、维护生态系统稳定有着不可忽视的价值。
