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《科学》:迁徙的鸟死于城市灯光,气象雷达如何拯救它们

城市灯光会吸引迁徙的鸟类,并产生致死的后果。发表在4月21日《科学》杂志上的一篇文章,讲述了美国的鸟类学家如何利用气象雷达和建模,降低人造灯光影响下的鸟类死亡率。每年9月11日黄昏时分,为了纪念2001年的恐怖袭击,纽约市都会在曼哈顿举行“光之祭”(Tribute in Light)艺术活动。当双塔的光投向天空,会吸引成千上万的候鸟,例如莺、海鸟和画眉,还有像游隼这样的掠食者。每到周年纪念日,鸟类保护主义者都会等候守候在天空之下,数着并聆听着迷失方向的啁啾声。如果观察人员报告有太多的鸟儿在光束中漫无目的地盘旋,组织者就会将灯熄灭。近年来,活动的现场观察员还使用了一种辅助工具来量化轨道上的鸟类:气象雷达,它既能从鸟类身上反射,也能从雨滴上反射。2017年,康奈尔大学鸟类学家安德鲁·法恩斯沃斯(Andrew Farnsworth)领导的一个研究小组发现,在此前的7个周年纪念中,这个每年一次的装置总共吸引了约110万只鸟。在灯光点亮后的20分钟内,多达16000只鸟挤进了半径半公里的区域。而当灯光熄灭,雷达屏幕上密集的鸟类云消散得同样快,这一发现后来被现场的热感摄像机证实。“这真的很有启发性。”该研究的主要作者、康奈尔大学生态学家本杰明·范·多伦(Benjamin van Doren)说。“这真的让你了解到,光线可以影响鸟类迁徙。”盘旋的鸟儿会消耗时间和宝贵的身体脂肪,很容易成为猎物,最糟糕的是,它们会把自己的脑袋撞到附近建筑物的窗户上。

死于灯光的鸟

在这项研究背后,是科学家们对鸟类数量日益下降的担忧。根据2019年的一项分析,如今北美上空的鸟类数量比1970年减少了约30亿只。飞禽面临着无数的死亡威胁,不仅包括光污染,还有气候变化、栖息地消失和杀虫剂。鸟类学家们担心,每增加一种伤害都可能使一度丰富的鸟类种群走向灭绝。“光之祭”现场的雷达研究,为寻找一种能够减缓这一死亡率的工具奠定了基础:法恩斯沃思的团队将他们的项目命名为“鸟类广播(BirdCast)”,项目将气象雷达和机器学习相结合,能够准确预测成千上万的候鸟将在哪些夜晚飞过美国城市上空。研究小组将这些发现反馈给环保人士和政策制定者,通过调暗沿途的灯光,来帮助这些鸟类在旅途中生存下来。这样的研究,加上现有的保护措施,正在开始发挥作用:纽约市最近通过了一项法令,要求城市建筑在鸟类迁徙的季节调暗灯光。作为全球最大的城市,纽约市加入到了美国全国范围内数十个方兴未艾的运动中,这些活动旨在每年在每个城市拯救数万甚至数十万只鸟。“考虑到过去50年鸟类数量的下降,以及地球上正在发生的事情,每个人都需要一场胜利,”法恩斯沃斯说。早在托马斯·爱迪生发明电灯之前,人们就记录了用夜间光线诱捕鸟类、尤其是迁徙中的鸟类的轶事。例如,1880年,《纳托尔鸟类学俱乐部公报》询问了全美的灯塔看守人;佛罗里达州的一名受访者称,他用帽子遮住脸,以抵御“100多万只”向南迁徙的鸟类的袭击。第二天早上,他抬走了两蒲式耳皱巴巴的鸟类尸体。如今的研究人员保留了更详细的记录。例如,在纽约市,在鸟类迁徙的季节,志愿者们每天早上都在城市人行道上巡逻,对撞到建筑物的鸟类进行分类。2018年,康奈尔大学生态学家阿德里安·多克特(Adriaan Dokter),在一项研究中使用气象雷达发现,每年春天,约有35亿只鸟飞过美国南部边境地区,然后向北穿过美国中部。到了秋天,在繁殖期过后,大约有47亿只鸟向南迁徙,这一次的路线更偏向于美国东部。根据一项对2014年发表的论文和鸟类碰撞数据集的元分析,每年会发生3.65亿至10亿起鸟类与建筑物的碰撞事故。该研究将建筑物排在了鸟类杀手的名单的第二位,仅次于家猫。正如乔治敦大学的生物学家皮特·马拉(Pete Marra)所说,大型玻璃建筑“从能源的角度来看可能更有效率,而从导致鸟类死亡的角度来看,效率也更高。”在白天,反光玻璃可以诱骗鸟类飞进看起来纯净开阔的空间,从而导致鸟类因脑出血而死亡。夜间,主要杀手是人造光,它分几个步骤伤害鸟类。2018年一项使用天气雷达的研究发现,首先,当城市上空累积的光亮度超过银河系时,这些灯光能够吸引200公里外的鸟类。而一旦进入城市,鸟类的栖息地就会退化,成为家猫的猎物。单独的光源也会把它们困在毫无意义的、消耗卡路里的圈子里,或者诱使它们冲向窗户。夜间暴露在光线下也会破坏鸟类的免疫系统、微生物群、觅食行为,当然还有睡眠周期。直到今天,研究人员还不知道为什么这么多鸟类对人造光如此着迷。“鸟类广播”团队的成员、科罗拉多州立大学柯林斯堡分校的凯尔·霍顿(Kyle Horton)推测说,飞向光明的冲动一定曾经赋予了鸟类一种进化优势。无论光线引诱鸟类的原因是什么,自上世纪90年代以来,法恩斯沃斯一直努力通过跟踪和预测鸟类的活动来保护它们的安全。他的目标是绘制迁徙地图,不仅仅是计算越过一个特定的野外地点的鸟类数量,而是标记出在区域甚至是大陆尺度上的生物量流动。通过气象雷达,研究者可以将多种鸟类的流动从雨云中过滤出来,这样就可以像天气一样预测它们的大规模活动。(气象学家面临着同样的问题——反过来区分鸟类和风暴系统。)但直到云计算和现代机器学习的出现,“鸟类广播”才能处理足够多的数据。2017年,该团队在“光之祭”活动现场对其方法进行了小规模测试,证明单个雷达站——即使是远离活动现场、位于长岛的一个雷达站——也可以在大尺度和细粒度尺度上量化鸟类的移动。一年后,范多伦和霍顿在美国大陆23年的天气数据基础上,建立了机器学习模型。他们发现,在迁徙高峰之夜,通常有5亿只鸟飞过睡梦中的美国上空。根据温度和风的天气预报,他们的模型可以提前一周预测鸟类飞行的时间和地点的变化,准确率为62%,提前一天的准确率为75%。马里兰大学环境科学中心的迁徙生态学家艾米丽·科恩(Emily Cohen)说,从那时起,无论是计划观鸟之旅的业余爱好者还是科学家,查看明天的“鸟类广播”已经成为每个人的“例行公事”。“这种动物运动的实时预测真的是前所未有的,非常令人兴奋。”艾米丽·科恩说。康奈尔大学的研究小组正在利用这些预测来帮助确定未来风力涡轮机的选址,预测从野生鸟类到养殖家禽的疾病传播高峰,并预测鸟类撞向飞机的风险,这一问题自莱特兄弟以来一直困扰着飞行员。“鸟类广播”也揭示了鸟类迁徙流会在何时何地与灯光聚集点发生碰撞。2019年,霍顿主导的一项研究对鸟类面临灯光碰撞高风险的美国城市进行了排名。芝加哥、休斯顿和达拉斯名列前茅,它们是鸟类迁移路线上光污染最严重的地区。这一消息很快就传到了当地的环保组织。长期以来,在鸟类的迁徙季节,鸟类保护者在一些城市组织了自愿的“熄灯”运动。这一活动最早可以追溯到20世纪90年代的多伦多,而现在已经蔓延到了至少44个美国城市。“鸟类广播”的数据,使环保主义者能够在数百万只鸟可能飞过一个地区的确切夜晚,使用推特、时事通讯和定向电子邮件,向从鸟类救助者到市中心建筑管理人员的每个人发送这一信息。马拉说:“这是一项受数据影响的绝妙政策。”利用雷达数据量化风险的能力,也鼓励着倡导者推动更深入的政策承诺。具有新闻价值的大规模鸟类死亡事件增加了这种压力。2021年9月14日,纽约的大规模鸟类迁徙加上暴风雨天气和低云覆盖,导致鸟类学家们所说的一整天的“碰撞大屠杀”2021年12月,在听取了法恩斯沃斯等人的证词后,纽约市议会投票要求城市所有的建筑在鸟类迁移高峰之夜关灯,加入了得克萨斯州的奥斯汀等其他几个美国城市的行列。去年秋天早些时候,这些城市通过了一项类似的法案。纽约州议员也提出了一项更激进的法案,要求全州范围内的私人建筑,包括住宅,在全年的晚上11点前调暗或关闭大多数不必要的灯。2021年夏天,伊利诺伊州通过了一项法律,要求新的公共建筑使用鸟类安全玻璃和调光灯,以减少鸟类碰撞;该州另一项法案将禁止生态保护区附近的新建筑在鸟类迁徙季节使用不必要的照明。有关“熄灯”运动效果的更可靠的数据仍在陆续公布。例如,“鸟类广播”团队正在与达拉斯和德州其他地区的志愿者合作,建立一个更大的鸟类碰撞数据集。与此同时,霍顿正在通过综合大气条件以外的信息,包括一个地区的植被情况和光污染程度,开发比以往任何时候都更准确的迁徙预测。他还在确定公共沟通策略,希望将其转化为行动。他说,对许多人来说,光污染对野生动物的危害仍然是一个陌生的概念。“开着门廊的灯听起来和把油漆倒进下水道不一样。”但这也意味着,与许多环境话题不同,它没有政治分化。霍顿说:“我不认为有很多人会说,‘我想要开着灯来杀死五颜六色的鸣禽。’”

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