基于声学信息的风电场限电措施显著降低蝙蝠死亡率的跨场地评估

《Journal of Applied Ecology》：Site-specific curtailment thresholds substantially reduce bat mortality at wind energy facilities

　　

背景：风能扩张是减缓气候变化的核心举措，但涡轮机碰撞对野生动物构成日益增长的威胁。关于缓解策略有效性的证据在地理上仍然有限，且很少在大规模范围内得到检验。本研究提供了首次在法国风电场开展的大规模、多场地声学信息限电（acoustic-informed curtailment）评估，检验基于蝙蝠活动推导的场地特异性风速与温度阈值能否在实际运行条件下降低野生动物死亡率。 研究方法：利用来自数百个风电场死亡监测的数据集，研究人员识别出在限电措施实施前后均进行监测的场地，以及多年监测且未实施限电的对照场地。死亡率估算基于原始数据，采用标准化方法校正偏倚以实现跨场地比较。通过涵盖16个场地的前后-对照-影响（before–after control-impact, BACI）设计，并在涵盖38个场地的更广泛前后比较中验证，研究人员将限电效应与自然时间变异性区分开来。 结果：场地特异性声学信息限电使长距离和中距离回声定位蝙蝠（long- and mid-range echolocating bats）的死亡分别降低83%和84%。夜间迁徙鸟类的死亡率未受限电影响，表明针对蝙蝠优化的环境阈值并不能为这些鸟类物种提供保护延伸。 综合与应用：研究结果表明，基于声学数据和气象条件推导的场地特异性运行阈值可大幅降低风电场蝙蝠死亡率。作为欧洲规模最大且首次开展的限电有效性标准化评估，本研究支持在检测到蝙蝠死亡的所有区域广泛采用场地特异性限电措施。

基于声学信息的风电场限电措施显著降低蝙蝠死亡率：欧洲首次大规模标准化评估

一、研究背景与科学问题

风能生产在全球能源结构中的占比持续攀升，年均增长率达10%–20%，预计到2050年将满足全球超过三分之一的电力需求。然而，风电设施在运行阶段对飞行野生动物构成直接和间接的负面影响：一方面，涡轮机叶片碰撞直接导致蝙蝠和鸟类死亡，可能显著影响种群动态；另一方面，风电场对迁徙动物的回避效应会扰乱长距离移动，增加能量消耗，甚至造成栖息地丧失。蝙蝠和猛禽等长寿、性成熟晚、繁殖率低的物种对这类额外死亡率尤为脆弱，成年个体死亡可能增加局部种群灭绝风险。

针对蝙蝠碰撞风险，限电（curtailment）策略被广泛采用，即在蝙蝠活动高峰期（夜间、温暖季节、高温低风速条件）暂停或调整涡轮机运行。欧洲常见的做法是基于机舱高度记录的蝙蝠声学活动，设定风速下限和温度上限的组合阈值，以保护前一年记录的80%–90%的蝙蝠活动。然而，此前关于限电有效性的研究存在关键局限：多数研究局限于单一风电场或单一年份，结论高度依赖局部情境；两项主要荟萃分析（Adams et al., 2021; Whitby et al., 2024）依赖既有数据而非自主设计实验，无法控制实验设计或获取原始死亡数据，且汇总了来自不同估算方法的死亡率估计，引入偏倚并限制跨调查可比性；此外，多数研究缺乏对照场地，难以排除大规模种群趋势等混杂因素；更重要的是，绝大多数研究在北美开展，欧洲地区的验证极为匮乏。

基于上述空白，研究人员利用法国环境部标准化协议下收集的大规模死亡监测数据库，首次在欧洲开展多场地、大规模限电有效性评估，采用前后-对照-影响（before–after control-impact, BACI）设计，检验基于风速和温度阈值的场地特异性限电措施能否有效降低蝙蝠和夜间迁徙鸟类的死亡率。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员从法国11个行政区的环境主管部门（DREAL）收集了2019–2024年间完全符合国家协议（MTES, 2018）的640份死亡监测报告，涵盖141个监测两年以上的风电场。原始数据包括尸体观测、调查日期、实际调查面积、尸体持久性测试和搜索有效性测试结果及限电实施类型。

死亡率估算采用GenEst和Evidence of Absence（eoa3）两个R包。GenEst作为广义死亡率估算器，根据观测者检测概率、尸体持久性、尸体落于搜索区外的概率及搜索时间校正检测到的尸体数量；当观测尸体数为零或一具时，采用eoa3的贝叶斯方法估算可能死亡率。搜索有效性模型通过pkm函数拟合，尸体持久性模型采用Weibull族或指数族，密度加权比例（Density Weighted Proportion, DWP）固定为0.7。每个风电场生成5000次死亡率估算，以中位数作为响应变量，变异系数（coefficient of variation, CV）量化不确定性。

蝙蝠按回声定位功能类群（functional guilds）划分：短距离回声定位类（Short-Range Echolocators, SRE）、中距离回声定位类（Mid-Range Echolocators, MRE）和长距离回声定位类（Long-Range Echolocators, LRE）。SRE因仅记录到一例死亡事件而被排除。夜间迁徙鸟类依据参考数据库和文献分类，仅纳入迁徙主要或完全在夜间进行的物种。

统计分析采用广义线性混合效应模型（GLMMs），使用glmmTMB包，指定Tweedie分布和对数链接函数以处理死亡率数据中大量零值和正偏分布。模型以1/CV作为权重，赋予较低相对不确定性的估算更大影响。BACI框架包含限电状态（前后）和场地类型（处理/对照）作为固定效应及其交互项，风电场和配对组作为随机截距。前后分析仅以限电状态为固定效应，风电场为随机截距。

三、研究结果

3.1 BACI分析结果

BACI分析纳入30个风电场、60个场地-年监测数据，建立15个处理-对照对及1个额外BACI单元，处理与对照场地平均距离235公里。对于长距离回声定位蝙蝠（LRE），处理涡轮机每台预测死亡数从限电前0.83降至限电后0.13，降幅84%（95% CI: [74%, 90%]），对照场地无显著差异，交互项显著（β = 1.83, p < 0.01）。16个处理场地中仅3个出现预测死亡增加，且这些场地限电前后死亡率均为数据集中最低水平（每台<0.3）。对于中距离回声定位蝙蝠（MRE），处理场地预测死亡从5.18降至0.93，降幅82%（95% CI: [73%, 88%]），对照场地反而增加80%（从2.45增至4.42），交互项显著（β = 2.30, p < 0.01）。夜间迁徙鸟类方面，处理场地预测死亡从1.73降至0.51，但对照场地也出现下降（从0.99降至0.46），交互项不显著（β = 0.45, p = 0.27），表明限电对鸟类无显著保护作用。

3.2 前后分析结果

前后GLMM分析纳入38个风电场，结果与BACI一致：LRE每台预测死亡从0.41降至0.07，降幅83%（95% CI: [76%, 88%], β = 2.20, p < 0.001）；MRE从5.94降至0.95，降幅84%（95% CI: [79%, 88%], β = 1.84, p < 0.001）。模型解释力较高（边际R2: 0.27–0.26；条件R2: 0.85–0.91），表明限电是死亡率降低的强预测因子。

3.3 场地特征

研究提供了对照场地、BACI处理场地及前后分析额外处理场地的土地覆盖比例、海拔、距海岸距离、场地年龄、转子面积、离地间隙和总涡轮机高度等描述性统计。

四、讨论与结论

MRE的预测死亡率最高，LRE约低10倍，但这一差异可能反映法国种群规模差异而非脆弱性差异，MRE物种丰度比LRE高10–100倍。因此，原始死亡数字不能直接转化为种群层面影响。

BACI分析证实限电导致的死亡率降低可明确归因于限电措施本身，前后分析在更大样本中印证了83%（LRE）和84%（MRE）的平均降幅。针对蝙蝠优化的限电协议未能降低夜间迁徙鸟类死亡率，可能原因在于触发限电的气象阈值与鸟类迁徙条件不匹配：鸟类迁徙强度与顺风（tailwind）正相关，而蝙蝠活动与高温低风速相关，两者对环境线索的响应不同，凸显了针对鸟类碰撞风险需要额外物种特异性缓解策略。

尽管限电大幅降低蝙蝠死亡，残余死亡率仍可能产生种群层面后果。蝙蝠繁殖力低、种群增长缓慢，成年个体死亡率的微小增加即可损害种群生存力和保护状况。因此，缓解有效性评估不应仅看死亡率降低百分比，还需评估残余死亡相对种群规模和年增长率的可持续性，需要预防性限电阈值和种群生存力评估。

与既往研究相比，本研究观察到的死亡率降低幅度更大：Whitby et al.（2024）在6个风电场、10年期间报告62%的平均降幅（仅基于5 m/s风速阈值）；Adams et al.（2021）在17个风电场的36项调查荟萃分析中发现63%降幅（风速阈值4.0–7.0 m/s）；欧洲唯一先前的BACI研究（M?ntoiu et al., 2020）在单一风电场发现78%降幅。更大的降幅可能归因于限电阈值的局部化定义——基于机舱高度记录的蝙蝠活动设定切入风速和温度阈值，考虑了蝙蝠对气象条件响应的自然变异性和当地物种需求。

在能源生产影响方面，虽然研究缺乏量化限电导致发电损失的数据，但该策略的针对性特征——仅限于特定季节时段、仅在夜间、且需同时满足风速和温度阈值——可能显著限制运行停机时间。Martin et al.（2017）表明，在高风险期将温度纳入缓解协议可将能量损失降低18%，限电期间能量损失约3%。

本研究涵盖大西洋、大陆性和地中海生物地理区域的多样化风电场，涡轮机跨越5年监测期，覆盖广泛的景观情境和涡轮机特征梯度，为区分蝙蝠死亡驱动因素并在对比环境、运行和监管条件下评估其一致性提供了罕见机会。作为欧洲同类研究中规模最大的一项，BACI设计确保了观察到的死亡率降低可归因于限电而非混杂的时间或环境因素，为将研究结果推广至其他风电场提供了更强信心。