«Когда мы думаем о влиянии изменения климата, зима обычно не рассматривается как время года, которое может иметь серьезные экологические и биологические последствия», – говорит Цукерберг. "Это заставляет меня и моих коллег достаточно глубоко задуматься о последствиях этих экстремальных явлений в то время, когда виды особенно уязвимы."
Цукерберг вместе с Джереми Коэном, бывшим докторантом UW-Madison, ныне работающим в Йельском центре биоразнообразия и глобальных изменений, и Дэниелом Финком из Корнельской лаборатории орнитологии, намеревались узнать, как экстремальные зимние холода и жара повлияли на 41 распространенный вид птиц. в восточной части Северной Америки. Их работа, недавно опубликованная в журнале Ecography, показала, что отдельные виды птиц по-разному реагируют на эти погодные явления, а экстремальная зимняя жара может привести к долгосрочным изменениям в популяциях птиц.
Исследователи проанализировали обширные данные, представленные через eBird, глобальную гражданскую научную инициативу, в рамках которой орнитологи вносят контрольные списки птиц, наблюдаемых в определенном месте, в определенную дату и время.
Они сосредоточились на данных, имевших место до и после четырехдневного полярного вихря в январе 2014 года и волны тепла в декабре 2015 года. Эти два явления были самыми холодными и самыми теплыми из наблюдавшихся за десятилетие, и каждое затронуло площадь около 2 миллионов квадратных километров на Среднем Западе и северо-востоке США.S. и Канада.
Исследователи также проанализировали данные о температуре и почвенном покрове.
Это много данных. Двадцать лет назад работать с таким количеством разнообразных данных было бы невозможно. Однако недавние достижения в области науки об окружающей среде позволили экологам работать в масштабах, отражающих обширные регионы и виды, затронутые изменением климата.
Вместе с коллегами из Корнельской лаборатории орнитологии Коэн и Цукерберг использовали машинное обучение, передовую вычислительную технику, используемую для получения информации из больших наборов данных, для прогнозирования численности и встречаемости видов птиц за 10 дней до наступления каждого экстремального погодного явления. до 30 дней после мероприятия. Они сравнили данные за идентичные периоды времени за 14 последних зим.
Во время полярного вихря численность птиц – количество отдельных птиц определенного вида, наблюдаемых в районе исследования – уменьшилась через 5-10 дней после события и вернулась к предыдущим уровням через 20 дней после этого, исключая смертность как причину. упадок.
Однако распространенность видов во всем регионе или встречаемости была относительно стабильной. Этот результат удивил исследователей, так как местная численность и региональная встречаемость обычно тесно связаны.
«Эти данные предполагают, что некоторые птицы, возможно, покинули этот район, двинулись на юг и вернулись», – говорит Коэн. "Кроме того, некоторые птицы могли залечь на дно из-за стресса, вызванного холодом, а затем вернуться к прежнему уровню активности."
Данные после зимней жары оказались еще более удивительными. У большинства видов птиц численность и встречаемость увеличились, и эта тенденция сохранялась в течение 30 дней после этого экстремального погодного явления. Это могло быть связано с мигрантами, живущими на короткие расстояния, которые перебрались в этот район и остались там из-за теплой погоды.
«Я не ожидал такого воздействия эффекта зимней жары», – говорит Цукерберг. "Что меня больше всего заинтриговало, так это длительный и драматический отклик."
За последние 30-40 лет виды птиц медленно продвинулись на север. Экологи считают, что этот процесс, длившийся десятилетия, является ответом на изменение климата. Однако Цукерберг говорит, что волны зимней жары могут ускорить это географическое перемещение, и без времени для постепенной адаптации некоторые птицы могут быть более уязвимы к сильной жаре или холоду в новых районах.
На уровне видов Цукерберг и Коэн обнаружили, что приспособленные к теплу и маленькие птицы более чувствительны как к сильной жаре, так и к холоду. Приспособленные к холоду виды были гораздо более устойчивыми.
Исследователи также наблюдали различия на уровне видов, связанные с требованиями среды обитания.
Виды водоплавающих птиц чаще встречались после полярного вихря и реже после зимней аномальной жары – в противоположность тому, что в среднем наблюдалось для других видов. По словам Коэна, открытые водоемы замерзли бы во время полярного вихря, что, возможно, заставило бы виды, зимующие в высоких широтах, направиться на юг и искать более благоприятную среду обитания в исследуемой области.
Чтобы помочь птицам и другим диким животным справиться с экстремальной зимней погодой, менеджеры по дикой природе могут создавать защищенные места обитания и другие места для убежища.
Непрерывный мониторинг активности птиц и изменчивости погоды может помочь экологам и политикам предсказать, какие виды будут наиболее уязвимы к изменению климата в течение следующего десятилетия.
Слияние науки о данных об окружающей среде и гражданской науки делает возможным такой прогноз.
По словам Цукерберга, «объем данных, которые мы получаем благодаря участию общественности в науке, открыл новые области исследований в то время, когда, честно говоря, они нам действительно нужны, потому что изменение климата – такая большая проблема."
Это исследование частично финансировалось Фондом Леона Леви, Фондом Вольф-Крик, НАСА (80NSSC19K0180), Национальным научным фондом (DBI-1939187; CCF-1522054; вычислительная поддержка со стороны CNS-1059284) и UW-Madison Data.
Научная инициатива.