天气雷达 用于研究鸟类栖息习惯如何随气候变化的机器学习

包括燕子和马丁鸟在内的鸟类——被称为空中食虫动物——控制昆虫种群和昆虫传播的疾病，并为农业提供价值数亿美元的害虫控制。但这些有羽毛的人类朋友正在以惊人的速度减少，从1970年到2017年，北美的物种减少了30%以上。

科罗拉多州立大学华纳自然资源学院最近的两项研究使用天气雷达跟踪空中食虫动物的活动，并探索它们的模式在过去20年中是如何变化的。他们检查了鸟类栖息习惯的变化，试图确定该物种数量减少的原因。

在迁徙之前，空中食虫动物聚集在可能包含数千到数十万只鸟类的栖息地中。这些研究使用了来自五大湖区12个天气监测雷达站的21年数据，发现随着气温升高的长期趋势，高峰期和后期栖息期正在提前移动。

“燕子和马丁鸟的共同栖息行为是它们生存策略的重要组成部分，”博士MariaTiburcioDiasBelotti说。鱼类、野生动物和保护生物学专业的学生，​​也是两篇论文的作者。“了解这些年来是什么推动了这种行为的变化，可能有助于我们弄清楚为什么这些物种一直面临衰退，以及我们可以做些什么来稳定它们的种群。”

适应他们的环境

由于气候变化，植物和昆虫在这个季节提前出现。这种资源可用性的转变，或其他一些气候信号，可能会导致更早的栖息和迁徙模式，这可能对鸟类的健康产生影响。

“我们的结果表明，这种转变可能导致迁徙前的栖息季节缩短，这可能意味着鸟类没有足够的时间为即将到来的迁徙加油，”博士YutingDeng说。鱼类、野生动物和保护生物学专业的学生，​​也是两篇论文的作者。“这可能会导致秋季迁徙期间生存机会降低，或者当它们到达越冬地时身体状况更差。”

由Deng领导并发表在《全球变化生物学》上的这项研究发现，现在栖息活动高峰的时间比二十年前提前了4.5天，但该季节早期栖息阶段的时间基本上没有受到影响。

新技术

这些研究首次应用机器学习来过滤大量长期天气监测雷达数据，以监测大规模的空中食虫行为。这是第一次在如此长的时间段内以如此广泛的规模研究这些物种对环境变化的反应。

天气雷达使科学家能够估计每个栖息地内的鸟类数量以及季节变化。与定期人类观察等以前的方法相比，天气雷达数据的一致性是有益的。

这种新方法汇集了多个学科。

“这两篇论文都是跨生态学、遥感和计算机科学的高度跨学科工作的很好例子，”鱼类、野生动物和保护生物学助理教授、两篇论文的作者凯尔霍顿说。

物以类聚

虽然无法忽视数十万鸟类的巨大聚集，但由贝洛蒂领导并发表在《生态学与保护遥感》上的第二项研究发现，小型栖息地比大型栖息地更常见。

“作为观鸟者，较大的栖息地可能会引起我们的注意和迷恋，但似乎较小的栖息地在整体栖息动态中起着同样重要的作用，”贝洛蒂说。

研究人员还发现，大型栖息地年复一年地在同一地点重复出现——直到研究涵盖的整整21年——而小型栖息地则不太一致。他们希望更好地了解这些模式和监测种群规模将有助于为保护措施提供信息。