黑龙江南部林区雀形目鸟类春季迁徙时间与气温和北极涛动的联系

安玉鑫 吴 伟 王毅鸿 郑 雯 许 青

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

近年来气候的异常变化引起了人们的高度重视，全球变暖毋庸置疑。目前更多研究显示北大西洋涛动(NAO)、厄尔尼诺-南极涛动(ENSO)以及北极涛动(AO)等大气环流模态对这种气候的变化影响存在较大影响[1-4]。生物学家和生态学家越来越关注全球气候变化如何影响动植物的分布、物候和生活史特征。北极涛动(AO)是一种异常大气环流型，它的影响尺度能够跨越整个半球，对北半球的高维度地区尤为重要[5]。Kellner等对美国玉米带与气候变化之间进行了研究，并认为ENSO和AO在农业生产和规划存在潜在影响[6]；Cleary等发现受ENSO诱导的婆罗洲森林火灾和生境隔离影响蝴蝶物种丰富度和群落组成[7]；张海胜等研究了北冰洋浮游植物、浮游动物和叶绿素a的年际变化及其与ENSO和AO的关系[8]；包光在海拉尔地区樟子松(PinussylvestrisVar.mongolica)年轮生长的研究中发现，10年尺度上AO能够通过温度和降水显著影响蒙古海拉尔地区樟子松的径向生长[9]。这些研究均表明生物对AO的变化会做出相应的反应。

AO的变化对我国的气温有重要影响，导致很多极端天气现象。张自银、龚道溢等在AO与东亚气候之间进行了系统的研究，发现AO与东亚冬季风之间存在显著的相关性，并且对我国的降水也有个一定影响[10-11]；张丽等对吉林省冬季气温异常研究中指出，冬季气温与AO关系极其密切[12]；陈建宇等对内蒙古极端天气事件研究中指出，AO与极端指数有显著相关，其中冷指数尤其明显[13]；孟鑫等发现东北冬季气温变化异常与AO相关性显著，并且11 月 AO 是可预测东北冬季气温变化的一项重要因子[14]。大部分研究表明AO能够显著影响我国北方地区冬季气温和降水[15-16]。

鸟类对环境和气候变化非常敏感，鸟类的飞行能力极强，所以鸟类常被看作气候变化对生态系统影响的先锋指示物种，而气候变化被认为是鸟类迁徙时间变化的主要驱动力[17]。本文研究了1998—2018年间的黑龙江省帽儿山鸟类环志站春季10种雀形目(Passeriformes)候鸟迁徙时间的变化，通过对春季迁徙的首到日、峰值日、结束日与相应阶段气温、降水数据以及北极涛动指数(Arctic Oscillation Index，AOI)进行相关分析，探讨了当地春季鸟类迁徙时间与气温和AOI的关系。

1 资料来源与方法

所使用的鸟类环志资料取自东北林业大学帽儿山鸟类环志站(45°24′N，127°39′E)，该站地处张广才岭西北部，原始林为温带针阔混交林，现主要植被类型为天然次生阔叶林。该区域处于北半球温带大陆性东部季风区，常年受到东亚季风的影响，年均温为2.9℃，年均降雨723 mm，年均蒸发1 094 mm。

选择褐柳莺(Phylloscopusfuscatus)、红喉歌鸲(Calliopecalliope)、黄喉鹀(Emberizaelegans)、黄眉柳莺(Phylloscopusinornatus)、灰背鸫(Turdushortulorum)、灰头鹀(Emberizaspodocephala)、巨嘴柳莺(Phylloscopusschwarzi)、田鹀(Emberizarustica)、燕雀(Fringillamontifringilla)、棕眉山岩鹨(Prunellamontanella)10种雀形目鸟类，它们的环志量大且为当地夏候鸟或旅鸟。基于1998—2018年环志记录(2013年春季缺乏数据未统计，燕雀和巨嘴柳莺缺1998年数据)，对其迁徙时间进行整理；每种鸟类使用首到日、峰值日和结束日共3组数据来反映其迁徙时间特点，10种候鸟共得到30组数据。首到日取值为环志数量累加到环志总数的5%时所对应的日期；峰值日取值为指环志数量累加到环志总数的50%时所对应的日期；结束日取值为环志数量累加到环志总数的95%时所对应的日期[18-19]。

由于10种雀形目鸟类的首到日、峰值日、结束日均发生在3—5月，因此截取与相对应的20年间1—5月AOI进行相关性分析。使用 1998—2018 年间1—5月AOI月平均值，在美国国家海洋和大气管理局网站(http：//www.cpc.ncep.noaa.gov)取得。

气象数据来源于中国气象数据网中国地面国际交换站气候资料月值数据集，选取距离帽儿山环志站较近的哈尔滨市气象站(编号N50953，45°56′ N，126°34′ E)、尚志市气象站(编号N50968，45°13′N，127°58′E)、通河市气象站(编号N50963，45°58′N，128°44′E)3站的1998—2018年逐月平均气温和降水量资料。

对AOI、鸟类迁到时间、3站的月平均温度和月降水量相互的关系使用Pearson相关性分析并进行显著性检验，P<0.05为显著相关，P<0.01为极显著相关。

所有的相关性分析均在SPSS 19.0上完成。

2 结果

2.1 鸟类迁徙时间与AOI之间相关分析

通过对10种候鸟春季迁徙首到日、峰值日和结束日与1—5月月平均AOI之间进行相关分析，结果发现(表1)。

1月、4月、5月AOI与10种候鸟的迁徙时间均无显著相关。而2、3月AOI对其存在影响较为明显。2月AOI数值增加几乎使所有鸟类春季迁徙时间提前，10种候鸟的首到日、峰值日和结束日共30组数据中，有29组(占96.67%)与2月AOI呈负相关关系(表1)，其中有10组(占33.3%)候鸟的迁徙时间呈显著负相关(P<0.05)。而3月AOI对候鸟迁徙时间影响不如2月影响明显，10种候鸟的30组迁徙时间数据中，有20组(占66.67%)与3月AOI呈负相关，仅有3组(占10%)鸟类的时间特征值呈显著负相关(P<0.05)。由于这些鸟类春季平均迁徙时间均发生在3月以后，可见它们对AOI变化所产生的反应具有明显的滞后效应。

表1 鸟类迁徙时间与AOI之间相关分析Tab.1 Correlation analysis between migration time of birds and AOI

续表1

注：P<0.05，显著相关*；P<0.01，极显著相关**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，Very significant correlation**

田鹀、棕眉山岩鹨、黄喉鹀、燕雀和灰头鹀5种鸟类的其首到日与2月AOI呈现显著负相关(P<0.05)，占所研究10种候鸟的50%；3月AOI仅与黄喉鹀和灰背鸫的首到日呈显著负相关(P<0.05)。与AOI具有显著相关的鸟类平均首到日均发生在4月18日之前。

2月AOI与棕眉山岩鹨、黄喉鹀和田鹀3种候鸟迁徙峰值日存在显著负相关(P<0.05)，占所研究10种候鸟的30%；而且它们的平均峰值日均在4月9日之前。3月AOI与黄喉鹀迁徙峰值日也存在显著负相关(r=-0.506，P=0.023)。燕雀的平均峰值日发生在4月23日，其与2月AOI尽管相关性不显著，但相关系数较高(r=-0.400，P=0.090)，说明其迁徙受到2月AOI仍然较大。

AOI变化对候鸟迁徙结束日的影响明显不如对首到日和峰值日的影响大。2月AOI变化仅与棕眉山岩鹨和田鹀的结束日呈显著负相关性(P<0.05)。它们的结束日发生在4月22日之前，是迁徙结束较早的前2种鸟类。3月AOI与所有鸟类迁徙结束日均不存在显著相关性(P>0.05)。

由此可见，2月AOI与早春鸟类的迁到时间之间存在相关性，并且2月AOI越大，鸟类迁徙到来的时间越早。迁徙首到日、峰值日或结束日若发生在4月下旬以前，2月AOI波动几乎对其都有显著的影响。

2.2 气温、降水与鸟类迁徙时间之间相关性分析

鸟类的迁徙时间受不同气候因子的影响，而气温和降水是其中较为关键的因素。为了确定这两个因素对春季候鸟影响所发挥的作用的不同，使用同期气温和降水对春季候鸟的迁徙时间波动的影响进行了分析。哈尔滨、尚志、通河3个气象站与研究鸟类的迁徙时间同期气温与降水的月平均值进行了相关性分析。结果(表2)显示，几乎所有鸟类春季迁徙时间会随着同期气温的增加而提前，仅红喉歌鸲的峰值日(r=0.119，P=0.618)和结束日(r=0.147，P=0.537)与同期气温变化呈正相关，但相关性不显著，但其迁到日与同期气温显著负相关(r=-0.639**，P=0.002)。首到日与同期气温呈现显著负相关(P<0.05)鸟类有田鹀、棕眉山岩鹨、黄喉鹀、燕雀、灰头鹀和红喉歌鸲等6种；峰值日与同期气温呈现显著负相关(P<0.05)鸟类有棕眉山岩鹨、黄喉鹀、田鹀、灰头鹀和巨嘴柳莺等5种；结束日与同期气温呈现显著负相关(P<0.05)鸟类有田鹀、黄喉鹀、燕雀、棕眉山岩鹨等4种。迁徙期前5种候鸟，气温对其均有显著的影响。而4月下旬以后，气温对鸟类迁徙时间的影响逐渐减弱。

表2 气温、降水与鸟类迁徙时间之间相关性分析Tab.2 Correlation analysis between air temperature，precipitation and migration time of birds

注：P<0.05，显著相关*；P<0.01，极显著相关**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，very significant correlation**

3站同期月平均降水量对不同候鸟迁徙期的影响差别较大。10种候鸟的首到日、峰值日和结束日共30组数据，有18组数据(占40%)显示随着同期降雨量的增加而迁徙期提前，其中灰背鸫的峰值日和褐柳莺的结束日与同期降雨量呈显著的负相关(P<0.05)。而其余数据显示迁徙时间会因为同期降雨量的增加而迁徙期滞后，其中田鹀、棕眉山岩鹨、黄喉鹀和巨嘴柳莺的首到日与同期降雨量呈显著的正相关(P<0.05)。可见，与气温变化比较，降水对鸟类春季迁徙时间的影响缺乏一致性。东北地区春季气温持续上升较为稳定，而降水受局地因素影响大且短期变化影响因素复杂。因此可以推测降水因素对鸟类迁到时间的影响不及对温度因素的影响稳定。

2.3 AOI与气温、降水之间相关性分析

东北地区冬季和初春的气温和降水受AOI影响极为明显[10-16]。本研究对1998—2018年3站春季逐月平均气温和平均降水量与AOI进行相关分析，结果与上述研究相一致(表3)。

2月AOI与2、3月3站平均降水量显著呈负相关(P<0.05)，与3月3站平均气温呈极显著正相关(P=0.007)，同时4月气温也受到2月AOI的显著影响(r=0.479，P=0.033)；3月AOI与同期3站平均气温呈显著正相关(r=0.502，P=0.024)。3月以后AOI对3站平均气温和降水的影响明显减弱(P>0.05)。可见2月AOI对本地气温的影响明显存在滞后效应，而且比对降水的滞后效应影响表现更明显(表3)。

表3 AOI与气温、降水之间相关性分析Tab.3 Correlation analysis of AOI with air temperature and precipitation

注：P<0.05，显著相关*；P<0.01，极显著相关**
Notes：P<0.05，significant correlation*.P<0.01，very significant correlation**

3 讨论

光周期对候鸟的迁徙时间起到了决定性作用[20]，这使得在大尺度年周期范围内各种候鸟的迁徙时间保持相对稳定。同时气温和降水在不同年份也会对春季候鸟的迁徙时间波动产生一定的影响。研究显示，春季候鸟的迁到时间会由于气温的上升而提前，如Butler发现在北美地区，气温变化对部分鸟类的春季迁回期产生影响[21]；Kullberg等研究发现，在瑞典气候变暖的背景下，春季中短距离迁徙鸟类出现了早到现象，并且这种现象大于长距离迁徙鸟类早到现象，此外这种现象在瑞典南部大于中部[22]；杨丽慧等发现在家燕(Hirundorustica)、四声杜鹃(Cuculusmicropterus)到达江苏大丰市的时间随城市温度的上升而会出现提早的现象[23]；李显达等通过对黑龙江省高峰鸟类环志站鸟类迁徙数据分析发现，春季红胁蓝尾鸲的环志数量会随着气温增高而环志量越大[24-25]。研究结果证实，研究地雀形目鸟类的迁徙时间会随着春季气温的上升而显著提前，这在早春(4月下旬以前)对北迁的鸟类影响极为明显。4月下旬以后，尽管气温变化会对鸟类迁徙时间产生影响，但这种影响会逐渐减弱。而降水的发生会使得鸟类迁徙时间提前或滞后，这是由于北方春季降雨并不能持续而稳定地对春季鸟类迁徙产生影响导致的。东北地区早春气温变化较为剧烈，4月中旬以后，随着气温的回升，气温的波动逐渐相对开始平稳[26]，气温变化对鸟类的春季迁徙期影响逐渐变得不明显。

鸟类迁徙时间的变化会对北大西洋涛动(NAO)、南方涛动(SO)、北极涛动(AO)等一些大气环流的变化做出敏锐地反应[27-28]，如Kim等研究北大西洋涛动(NAO)与宽翅鹰(Buteoplatypterus)春季迁移时间之间的关系中表明二者呈较强的负相关[29]；Miller-Rushing等的发现所研究的32种鸟类中有6种鸟类的平均到达时间与南极涛动指数(SOI)呈正相关、2种鸟类与北大西洋涛动指数(NAOI)呈正相关[2]。研究发现，10种雀形目鸟类中有5种鸟类的迁徙时间特征会受到2月AOI的上升而显著提前，并且这些鸟类的迁徙时间均发生在4月下旬以前，4月下旬以后迁到的鸟类尽管也受到AOI的这种影响，但这种影响会逐渐变得不显著。

AO的变化对我国东北地区冬季和春季的气温和降水有明显的影响[30]，对研究地春季逐月平均气温和平均降水量与AOI进行相关分析，结果与上述研究结果相一致。研究证实，2月AOI对4月下旬以前候鸟迁徙时间的影响极为明显，并且迁徙时间对AOI的反应具有明显的滞后现象，所以可以根据AOI的变化提前预测当年早春候鸟的迁徙时间。它们之间的联系，是由于气温波动在中间起到了关键的连接作用。

4 结论

综上所述，得出以下结论：(1)20年间数据分析显示，东北地区早春雀形目候鸟迁徙时间的变化能够反映出AOI的波动，AOI上升会使春季候鸟迁徙时间提前。但春季迁徙时间较晚的鸟类对这种反应会逐渐减弱。(2)雀形目鸟类春季候鸟迁徙时间受当地同期的气温变化和降水的影响较为明显。迁徙时间较早的鸟类与气温变化呈现显著的负相关，早春气温的波动会使迁徙时间较早(4月下旬以前)的鸟类迁徙时间发生明显变化。迁到较晚的鸟类(4月下旬以后)会对气温变化反应不明显。降水对候鸟迁徙时间变化存在影响但不稳定。(3)AOI和早春候鸟迁徙时间的变化的联系，是由于气温波动在它们之间起到了关键的连接作用。(4)春季迁徙时间较早的鸟类迁徙时间对AOI的反应具有明显的滞后现象，2月AOI对3、4月春季候鸟迁徙时间的影响极为明显，所以根据AOI的变化可以预测当年早春候鸟的迁徙时间。