基于GPS追踪的红鸢（Milvus milvus）与风力涡轮机碰撞风险研究：转子直径与离地间隙的关键作用及其对可再生能源与野生动物保护的启示

为探究风力涡轮机对猛禽的碰撞风险，研究人员利用GPS追踪技术对41只红鸢（Milvus milvus）的碰撞事件开展分析，发现转子直径增大和离地间隙减小显著增加碰撞概率，而天气因素影响不显著。该研究为优化涡轮机设计、降低鸟类碰撞风险提供了关键数据支持，对协调可再生能源发展与生物多样性保护具有重要意义。

　　

随着全球可再生能源的快速发展，风力发电作为减少温室气体排放的重要手段，其基础设施的扩张引发了人们对野生动物保护的深切关注。鸟类和蝙蝠尤其容易与风力涡轮机发生碰撞，其中大型猛禽如鹰、鹫和鹳等因依赖与风力发电相同的热气流和地形风条件而在风电场区域频繁活动，导致冲突加剧。红鸢（Milvus milvus）作为一种中型的西古北界猛禽，因其滑翔飞行行为、迁徙特性以及对开放栖息地的广泛利用，成为研究风力涡轮机与猛禽冲突的理想模型物种。然而，尽管风力涡轮机的特性（如尺寸和布局）被认为会影响碰撞风险，但缺乏基于真实碰撞事件的数据支持，使得有效的缓解策略难以制定。

为了填补这一研究空白，由Jan ?krábal等来自多个欧洲机构的研究人员开展了一项基于GPS追踪数据的大规模研究，分析了2017年至2024年间41只红鸢与风力涡轮机碰撞的事件。该研究通过比较碰撞事件和非碰撞事件（鸟类在涡轮机500米范围内的移动）的环境和涡轮机特定因素，旨在揭示影响碰撞风险的关键 predictors，并为风力发电场的规划和设计提供科学依据。研究成果发表在《Biological Conservation》上，为可再生能源与野生动物保护的平衡提供了重要见解。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：首先，利用GPS-GSM遥测技术对2943只红鸢进行追踪，从中筛选出41例确认与风力涡轮机碰撞的个体；其次，通过标准化数据处理（如使用amt包进行轨迹重采样，过滤低速移动点），获取了51,376个GPS位置，并提取了1895个非碰撞事件作为对照；第三，结合OpenStreetMap、风电场运营公司数据库和TB Raab数据库，获取了涡轮机的具体特征（如转子直径、离地间隙和密度）；第四，利用Movebank的ENV-data服务注入了ECMWF ERA5再分析天气数据（包括风速、云量和降水）；最后，采用贝叶斯广义线性混合模型（GLMM）分析碰撞概率的影响因素，并通过留组交叉验证评估模型的稳健性。

3. Results

研究发现，碰撞事件主要发生在德国、西班牙和奥地利（占78%）。与非碰撞事件相比，碰撞发生时涡轮机的转子直径中位数较大（82米 vs. 90米），离地间隙较低（45米 vs. 60米），而涡轮机密度略高（4台 vs. 3台）。天气条件在碰撞和非碰撞事件间差异不显著。季节分析显示，尽管碰撞在夏季和冬季发生次数较多，但春季和秋季迁徙期间的日均碰撞率最高（春季迁徙0.28次/天，秋季迁徙0.21次/天）。贝叶斯模型结果表明，转子离地间隙（估计值-1.53）和转子直径（估计值1.65）是碰撞概率的显著预测因子，离地间隙增加会降低碰撞风险，而转子直径增大会提高风险。涡轮机密度、风速、云量和降水的效应均不显著。随机效应分析显示，风电场之间的变异（估计值2.45）大于个体鸟类之间的变异（估计值1.52），表明碰撞风险更受风电场特性而非个体差异的影响。

4. Discussion

4.1. Wind turbine characteristics

转子离地间隙的减少显著增加了红鸢的碰撞概率，这可能是因为红鸢的飞行高度通常在5-60米之间，较低的离地间隙增加了与转子扫掠区的重叠。这一发现与德国《联邦自然保护法》的指南一致，该法强调了离地间隙对某些物种（如沼泽鹞和雕鸮）的重要性。然而，离地间隙的效益取决于物种特定的飞行行为，例如对于飞行高度较高的鹰和鹫，较高的涡轮机可能反而增加风险。转子直径的增大也显著提高了碰撞概率，因为更大的转子扩大了受影响空域的体积，增加了鸟类避免碰撞的难度。模型预测，转子直径增加25.5米（相当于一个标准差）会使碰撞几率增加5倍；为抵消这一风险，离地间隙需增加约19.3米。这表明，在风电场规划中，结合更大的转子直径和更高的离地间隙可以平衡碰撞风险与能源优化，但需根据物种特异性数据进行调整。

4.2. Weather conditions

天气条件（风速、云量和降水）对碰撞概率的影响较弱，后验分布均包含零，表明缺乏一致效应。尽管能见度降低（如雾或雨）曾被提出会 impair 鸟类检测涡轮机叶片的能力，但本研究中云量较高反而可能与碰撞概率降低相关，这可能是因为白色叶片在明亮天空背景下更难被察觉，尤其是对于视觉向下聚焦的猛禽。天气数据的每小时分辨率可能无法捕捉碰撞时的瞬时变化，未来研究需更高分辨率的气象数据。

4.3. Seasonal patterns

碰撞风险在迁徙期间较高，这与红鸢和其他猛禽在迁移过程中对环境不熟悉所致的高死亡率模式一致。非碰撞事件在冬季减少，不仅由于追踪努力降低，还可能反映了生态模式（如活动减少或向无风电场区域迁移）。碰撞地点与巢穴的距离 vary widely（1.5-1646公里），表明风险并非局限于巢穴周围特定范围或年度周期的某一阶段。由于冬季关键区域缺乏涡轮机参数数据，未来需更全面数据分析以理解时空动态。

4.4. Limitations

研究的主要限制包括碰撞样本量小（41事件）、数据集不平衡以及部分冬季区域数据缺失。模型未纳入时间 near 涡轮机或学习回避等因素，且天气数据分辨率有限。尽管如此，作为最大的GPS追踪碰撞数据集，研究结果为理解碰撞风险提供了宝贵 insights。

5. Conclusion

总之，转子离地间隙和转子直径是影响红鸢碰撞风险的关键因素，碰撞概率随离地间隙减小和转子直径增大而增加。碰撞全年发生，迁徙期间日均率较高。这些发现支持了近期模型预测，强调了在新风力涡轮机基础设施规划中考虑时空分布和行为模式的必要性。建造更高、更大的涡轮机可以降低红鸢碰撞风险，并优化每单位能源的碰撞比，为自然保护与绿色能源生产提供功能折衷。然而，物种特异性数据整合对于保护当地野生动物至关重要。未来研究应聚焦于风电场特性、位置和鸟类年度周期的相关性，结合景观特征、地形和鸟类特定数据（如年龄和性别），以增强风险缓解策略。

该研究不仅为风力发电场的生态影响评估提供了实证基础，还为政策制定者、工程师和保护主义者提供了实践指导，有助于在推进可再生能源目标的同时，维护生物多样性和生态平衡。