《Ecological Solutions and Evidence》：An individual-based model to quantify the non-breeding season impact of wind farms on seabirds
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本文开发了一种创新的个体基模型（IBM），通过整合地理定位-浸水记录仪（geolocator）的长期追踪数据，建立了海鸟非繁殖季行为与能量动态的模拟框架。该模型能够量化海上风电场（OWF）导致的碰撞致死效应和位移亚致死效应，并以挪威两个海鸟种群（斯克林纳普通海鸦和奥勒松黑腿三趾鸥）为案例，预测了不同位移成本情景下的死亡率（0%-5.32%）和季末体重变化（97.12%-99.84%）。研究成果为评估可再生能源基础设施对海洋生物多样性的累积影响提供了可复现的工具，对促进海上风电可持续发展具有重要意义。
引言
许多国家正大力发展海上风电场（OWF）以实现能源转型，但这类设施可能通过碰撞致死和栖息地位移等效应对海洋生物多样性造成威胁。海鸟作为高度濒危的鸟类类群，尤其容易受到风电场的影响。目前对海上风电场影响的理解主要集中在繁殖季，而对非繁殖季的影响认知尚不充分。非繁殖季是温带和极地海鸟死亡率最高的时期，成年个体的存活率更是种群动态的关键驱动因素。因此，开发能够评估非繁殖季影响的模型工具至关重要。
材料与方法
研究团队构建了一个包含三个子模型的个体基模型（IBM）：行为与移动子模型、位移与能量学子模型以及碰撞子模型。模型以天为时间步长，模拟了1000个“超级个体”（每个代表100只个体）在整个非繁殖季的行为。模型参数化基于SEATRACK项目收集的大规模地理定位-浸水记录仪数据，这些数据用于生成种群密度图和活动预算（包括飞行、水上活动和休息时间）。海鸟的日常位置分配基于插值后的每日种群密度图，并受最大可能移动距离的约束。
针对普通海鸦，重点评估了位移的亚致死效应。位移概率根据与风电场边界的距离和季节（秋季、冬季、春季）进行设定。位移的成本通过按比例降低受影响日的觅食成功率来体现。能量支出（DEE）的计算结合了活动预算和海表温度（SST）。个体体重变化通过一个包含觅食成功率、食物能量密度、同化效率和体组织能量密度等参数的方程进行模拟。死亡率阈值通过比较已知饿死个体质量与繁殖季体重比例来确定。
针对黑腿三趾鸥，重点评估了碰撞致死风险。通过模拟个体在风电场范围内的飞行路径，结合随机碰撞风险模型（sCRM）计算每次穿过涡轮机（transit）的碰撞概率。模型考虑了涡轮机的参数（如转子半径、转速）和三趾鸥的飞行高度分布。
研究结果
对斯克林纳普通海鸦种群的模拟显示，有53.8%的个体在非繁殖季至少一次与风电场位移区重叠，其中49.6%的个体经历了位移效应。位移事件的数量随季节变化，在8月至9月以及11月至次年3月出现峰值。模型模拟了不同位移成本（DC，即位移日觅食成功率降低的比例）下的影响。当DC为1（即位移日完全无法觅食）时，预测的种群死亡率最高，为5.32%，季末平均体重降至未受影响情景的97.12%。随着DC降低，死亡率和对体重的影响也相应减小。模型揭示了位移效应的累积性以及对个体能量状况的潜在严重影响。
对奥勒松黑腿三趾鸥种群的模拟显示，尽管有98.9%的个体在非繁殖季至少一次在风电场足迹内飞行，并且81.84%的个体至少有一次穿过涡轮机，但预测的碰撞死亡率极低，仅为0.055%。这主要是由于三趾鸥的典型飞行高度与模拟的涡轮机转子高度重叠度很低，导致单次穿过的碰撞风险均值极低（0.000198）。
讨论
本研究开发的IBM框架首次将空间移动、能量动态和风电场影响在非繁殖季结合起来，并能将影响关联到特定的繁殖种群。这为后续将非繁殖季的死亡率与体重变化整合到种群动态模型中奠定了基础。模型具有良好的适应性，可用于评估其他海洋威胁（如渔业兼捕、气候变化）的累积效应，或比较不同风电场选址和涡轮机参数的潜在影响。
研究也指出了若干关键的不确定性领域。对于普通海鸦，位移的能量成本机制和具体数值尚不明确，本研究通过设置一系列位移成本情景来应对这种不确定性。未来需要进一步研究位移如何具体影响海鸟的行为（如增加逃逸行为）和能量收支。此外，挪威计划发展的多为漂浮式海上风电场，其生态影响可能与本研究参考的固定式基础风电场有所不同，亟需通过建设前后的监测来获取数据。对于黑腿三趾鸥，碰撞风险高度依赖于飞行高度分布和涡轮机转子高度的匹配程度，未来更详细的风电场规划参数将有助于提高评估的准确性。虽然地理定位器数据在分辨率和活动预算解读上存在局限，但在目前仍是研究非繁殖季海鸟生态的最佳数据源之一。
结论
本研究成功开发并演示了一个可重复、可适应的个体基模型，用于量化海上风电场对海鸟种群在非繁殖季的潜在影响。该模型强调了在评估可再生能源发展对海洋生物多样性影响时，考虑累积效应和季节性差异的重要性。通过识别关键的研究缺口和不确定性，本研究为未来改进影响评估方法和制定有效的减缓措施指明了方向。该建模框架为促进海上风电可持续发展与海洋生态系统保护之间的平衡提供了重要的科学工具。
