研究发现太空天气扰乱夜间鸟类迁徙

众所周知，鸟类和其他动物在季节性迁徙期间依靠地球磁场进行长距离导航。但是，由太阳耀斑引起的地球磁场的周期性破坏是如何发生的呢?影响这些生物导航系统的可靠性的呢?

密歇根大学的研究人员及其同事使用来自美国多普勒天气雷达站和地面磁力计网络的大量长期数据集(测量局部磁场强度的设备)来测试地磁扰动和干扰之间可能存在的联系。夜间鸟类迁徙。

他们发现，在春季和秋季，在严重的太空天气事件期间，候鸟的数量减少了9-17%。在此类事件中选择迁徙的鸟类似乎会遇到更多的导航困难，尤其是在秋季阴天的情况下。

研究人员表示，发表在《美国国家科学院院刊》上的新发现为夜间鸟类迁徙动态与地磁扰动之间以前未知的关系提供了相关证据。

该研究的主要作者埃里克·古尔森-卡斯蒂略(EricGulson-Castillo)表示：“我们的研究结果强调了动物的决策如何取决于环境条件，包括我们人类无法感知的环境条件，例如地磁扰动，以及这些行为影响动物运动的种群水平模式。”密歇根大学生态与进化生物学系的博士生。

堪萨斯州威奇托NEXRAD多普勒雷达站附近起飞的鸟类动画。夜行性候鸟在傍晚出发迁徙。在大量迁徙的夜晚，它们会以云的形式出现在雷达站周围。图片来源：凯尔·霍顿。

地球磁场经常受到太阳爆发的影响，太阳爆发会引发色彩缤纷的极光，有时还会扰乱卫星通信、人类导航系统和电网。

但人们对这些干扰如何影响依赖地球磁场进行迁徙和导航的动物知之甚少。先前数十年的实验研究提供了强有力的证据，表明鸟类、海龟和其他生物在做出方向决策和绘制导航地图时会影响磁倾角、强度和偏角的微小变化。

最近的一项研究检查了数百万份鸟类环志记录，发现地磁扰动与候鸟“流浪”(即鸟类在迁徙过程中迷路)发生率增加有关。

但之前的大多数研究都狭隘地集中在地理范围、持续时间和所检查的物种数量上。相比之下，新发表的研究使用了23年穿越美国大平原的鸟类迁徙数据集，提供了人口和景观层面的新见解。

研究人员使用了美国大平原中部飞行路线(主要迁徙走廊)的37个NEXRAD雷达站收集的图像。这条飞行路线在美国横跨1,000多英里，从德克萨斯州到北达科他州。

研究小组选择这个相对平坦的地区是为了尽量减少山区地形或海洋和五大湖海岸线的影响。他们的最终数据集包括秋季的170万次雷达扫描和春季的140万次雷达扫描。

研究中使用的NEXRAD雷达站(深蓝色圆圈)和SuperMAG库存磁力计站(紫色十字)与地形(灰度)相关的分布。研究人员使用每个雷达站周围三个最近的活动磁力计站每小时插入ΔBmax，即安静条件下磁场的最大变化。来自Gulson-Castillo等人《美国国家科学院院刊》(2023年)。DOI：10.1073/pnas.2306317120

该地区的夜间迁徙鸟类群落主要由多种栖息鸟类(雀形目，占物种的73%)组成，例如画眉和莺;滨鸟(Charadriiformes，12%)，例如鹬和鸻;以及水禽(雁形目，9%)，例如鸭、鹅和天鹅。

NEXRAD雷达扫描可检测到成百上千只候鸟群。可以估计迁徙强度(即每个集群中的鸟类数量)并测量飞行方向。

通过superMAG(全球地磁地面站集合)进行同步地磁测量。数据是从气象雷达站点附近的磁力计站收集的。

研究人员将每个雷达站的数据与定制的、时空明确的地磁扰动指数进行匹配，该指数代表背景磁条件的最大每小时变化。

密歇根大学空间科学家DanielWelling和前德克萨斯大学阿灵顿分校本科生MichelleBui编制了空间天气数据并设计了地磁扰动指数。Welling和Bui是这项新研究的共同作者。

“最大的挑战是试图将如此庞大的数据集(多年的地面磁场观测)提炼成每个雷达站点的地磁扰动指数，”美国宇航局气候与空间科学与工程系助理教授韦林说。密西根大学工程学院。“在评估数据质量和验证我们的最终数据产品以确保它适合这项研究方面，有很多繁重的工作。”

这些数据被输入两个互补的统计模型，以测量磁干扰对鸟类迁徙的假定影响。这些模型控制了天气、时间变量(例如夜间时间)和地理变量(例如经度和纬度)的已知影响。

“我们发现广泛的证据表明，在高地磁扰动下，迁徙强度会降低，”该研究的资深作者、密歇根大学生态与进化生物学系助理教授、密歇根大学动物学博物馆鸟类馆长本·温格(BenWinger)说。

“我们的研究结果通过证明空间天气对迁徙动态的影响，为数十年来动物磁感受机制的研究提供了生态背景。”

研究人员还发现，在秋季地磁扰动期间，候鸟似乎更频繁地随风漂流，而不是花费巨大的努力来对抗侧风。

在秋季强烈的太阳风暴期间，在多云的天空下，逆风“飞行”的努力减少了25%，这表明模糊的天体线索和磁干扰的结合可能会阻碍导航。

“我们的研究结果表明，在强烈的地磁扰动期间，迁徙的鸟类较少，而且迁徙的鸟类可能会遇到更多的导航困难，特别是在秋季阴天的情况下，”古尔森-卡斯蒂略说，他在博士论文中进行了这项研究。“因此，它们在飞行中主动导航时可能会花费更少的精力，从而更好地顺风飞行。”