全球向可再生能源的转型加速了海上风电场（OWFs）作为可持续能源关键来源的发展。然而，这一扩张通常针对相对未受干扰的区域，为海洋栖息地和物种带来了新的人为影响。在欧洲，北海的浅水区域为海上风电场的建设提供了理想的场所，使该地区成为海上风能的全球热点。2010年至2021年间，德国北海已建成20个海上风电场，并且未来几年的大幅增长已在法律中明确规定（WindSeeG, 2016）。
随着海上风电场安装数量的增加，人们开始关注其环境影响，尤其是对海洋生物的影响。许多鸟类种群依赖北海作为永久或迁徙栖息地，使它们对风电场造成的栖息地改变和干扰特别敏感（Welcker and Nehls, 2016）。有效的空间规划和保护措施需要对这些影响进行稳健的评估，但方法论和空间分析的局限性带来了重大挑战（Dierschke et al., 2016; Furness et al., 2013）。当前的环境影响研究往往缺乏必要的空间分辨率和方法学一致性，无法在长期内充分捕捉海上风电场对海洋种群的完整影响程度。
在德国，强制性的五年建成后监测计划旨在评估海上风电场的影响，包括围绕每个风电场进行月度、大规模的数字化航空调查，以标准化方法调查海鸟和海洋哺乳动物（BSH, 2013）。因此，每个风电场周围都有大量的监测数据。虽然近期的一些研究已开始从更大的空间和时间尺度来探讨海上风电场的影响（例如，Garthe et al., 2023; Vilela et al., 2021），但在理解影响的空间范围和变异性方面仍存在重大差距，特别是对于海雀等脆弱物种。红喉潜鸟（Gavia stellata）和黑喉潜鸟（Gavia arctica），它们属于西北欧越冬种群，极易受到海上风电场干扰的影响（Hein?nen et al., 2020; Mendel et al., 2019）。这些物种在春季迁徙期间穿过德意志湾，数量最多（Mendel et al., 2008），与海上风电场的建设在空间和时间上重叠。
保护措施，如在欧洲Natura 2000网络内指定特别保护区（东部德意志湾特别保护区），限制了关键栖息地附近的海上风电场开发（BMU, 2009）。该特别保护区覆盖3135平方公里，周围环绕着2009年建立的7000平方公里的主要集中区域，其中包括六个海上风电场区域。在该区域内，目前正在暂停新的海上风电场开发，以保护该地区的生态完整性（BMU, 2009）。
然而，潜鸟因海上风电场及相关活动（如航运）产生的位移仍然是一个关键关注点。潜鸟的回避行为已被广泛记录，最近水鸟也有类似记录，不同研究报告的位移距离范围为1.5至16公里（Hein?nen et al., 2020; Allen et al., 2020; Vilela et al., 2021; Garthe et al., 2023; Peschko et al., 2024）。这些估计值通常源自单个或多个风电场周围的监测计划，显示出高度变异性，并且在很大程度上取决于所使用的方法、空间覆盖范围和时间尺度（Mendel et al., 2014; Petersen et al., 2014; Webb and Nehls, 2019）。这种变异性表明，位移响应是情境依赖的，可能因风电场和地区而异，这进一步加强了对涵盖多项建设并评估累积效应的长期、区域尺度研究的迫切需求。
个别潜鸟偶尔在海上风电场内被发现。虽然一些研究，如在肯特浅滩风电场的研究，表明位移可能随时间减少（Percival, 2014），但这种适应模式在其他地方并未得到一致的观察，这凸显了对能够适用于广泛空间和时间尺度，同时保持足够分辨率以检测局部和异质响应的分析方法的需求。
鉴于位移模式的变异性以及不同研究之间方法论的差异，需要探索和完善能够更好地应对海上风电场评估中空间复杂性和数据局限性的工具。本研究旨在通过采用完全空间显式的联合似然贝叶斯分层方法来统计估算潜鸟（Gavia spp.）在春季的位移范围和幅度，从而应对这些挑战。利用德意志湾在海上风电场建设前（2001–2008）和建设后（2017–2021）进行的综合监测飞行数据集，本研究为评估风电场影响提供了一个稳健的框架。
这种方法不仅提供了一个整合空间和时间依赖性的稳健统计框架，还通过纳入潜变量和分层结构，能够更准确地估算不确定性。通过捕捉数据中已观测和未观测的变异性，它为位移模式及其相关的置信水平提供了全面的理解，增强了结果的可靠性。
具体而言，本研究旨在：
- 1.
采用完全空间显式的联合似般贝叶斯分层方法，量化海上风电场建设前后潜鸟分布的变化。
- 2.
估算不同海上风电场集群的回避距离，并评估位移模式的空间变异性。
- 3.
将我们的方法和研究结果与现有的潜鸟位移估计值进行比较，突出所应用建模框架的优点和局限性。
通过将跨越二十年的高分辨率空间数据与一种考虑空间自相关和潜结构的新建模策略相结合，本研究提供了一个灵活的框架，可用于长期的、空间显式的影响评估，并可应用于广泛的物种和生态背景。
我们并非将我们的框架提出为通用标准，而是将其作为海上风电场影响评估中现有方法的补充替代方案。贝叶斯空间分层模型，如本文所用，因其能够处理复杂的生态数据、考虑空间和时间结构、并以合理的方式传播不确定性，正日益受到认可（Cressie et al., 2009; Cressie and Wikle, 2011; Hobbs and Hooten, 2015）。虽然我们的方法提供了重要优势，如无偏预测估计和对抽样设计局限性的稳健性，但它在因果推断方面也存在一些挑战。因此，我们将其定位为评估物种分布空间变化的工具箱中的一个有价值的补充。
此处所采用的方法提供了一种灵活且可扩展的方法，可广泛应用于环境影响评估中，以评估人类活动引起的物种分布变化。我们还批判性地考察了不同的分析方法、时空覆盖范围和研究设计如何影响海上风电场影响的估计，强调未来影响评估需要标准化方法。
