全球变暖背景下的鲸鲨生存危机：与船舶撞击概率大增

鲸鲨。© 摄影师：宋刚 | 绿会融媒·海洋与湿地

鲸鲨，是地球上现存体型最大的鱼类，也是一种温和的滤食性动物。它们虽然名字里有“鲨”，但性情却非常温顺，不会主动攻击人类。鲸鲨的大嘴中长满了细小的牙齿，主要靠滤食海水中的浮游生物和小型生物为生。它们通常生活在热带和亚热带的温暖海域，每年特定季节会进行长距离的迁徙。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项最新的研究表明，随着全球气温上升，鲸鲨面临的大型船舶撞击威胁可能大幅增加。这项研究由南安普顿大学和海洋生物协会（MBA）的研究人员共同完成，研究结果刊登在最新的《自然气候变化》期刊上。这个研究预测，由于海洋温度上升，鲸鲨这一已濒危物种可能被迫迁移到新的栖息地，而这些地区往往被繁忙的航运线路所穿越。在气候变化日益加剧的当下，这项研究为我们敲响了警钟：不仅仅是陆地上的物种，海洋中的巨型物种如鲸鲨同样面临着严峻的生存挑战。而这些挑战，很大一部分源自我们人类的活动。唯有减少排放、加强环境管理，才能为这些“温柔的海洋巨兽”争取到更多的生存空间。

根据该研究，到本世纪末，鲸鲨与大型船舶的“共存”频率将比当前高出多达15,000倍。鲸鲨是世界上最大的鱼类，具有高度的迁徙能力，且对温度变化非常敏感。研究表明，鲸鲨特别容易受到船舶撞击的影响，而这类事故往往对鲸鲨造成致命伤害。

全球气候模型和长达15年的鲸鲨卫星追踪数据科学家通过全球气候模型和长达15年的鲸鲨卫星追踪数据，预测了鲸鲨栖息地在未来的变化情况。这一研究结果揭示了气候变化对濒危海洋大型动物带来的潜在威胁。

本研究的方法涉及鲸鲨分布的跟踪与预测，研究数据来源于348条在七大洋区跟踪的鲸鲨，涵盖了北大西洋、南大西洋、西北印度洋、西南印度洋、东印度洋、西太平洋和东太平洋等地区。这些跟踪数据跨越了15年（2005-2019），通过ARGOS系统及卫星标签收集鲸鲨位置信息，总计超过15000天的传输天数。数据经过过滤处理后，去除了由于设备故障、环境数据延迟等导致的误差，最终得到18,745个日常位置信息点。

从追踪数据的处理来看，鲸鲨的位置数据主要通过ARGOS系统和卫星标签获取。ARGOS系统通过多普勒效应估算鲸鲨的位置，而卫星标签则使用光照、温度和游泳深度等信息来推算地理位置。该研究采用了一种滤波方法，以消除数据中的空间误差和不一致的采样间隔。对于由于技术故障或设备提前脱落导致的误差，研究通过算法对浮标和附着设备的传输信号进行筛选，以确保数据的准确性。

在物种分布建模方面，为了确定驱动鲸鲨分布和活动的关键环境因素，这项研究使用了**物种分布模型（SDM）**来预测当前和未来不同气候情景下的鲸鲨分布。研究人员先是通过背景采样来生成每条鲸鲨轨迹在其所在区域的潜在活动范围。每个鲸鲨的轨迹点都生成了100个随机背景位置，利用28个动态和物理海洋变量（如海洋温度、盐度等）来描述每个位置的生物物理环境。为了避免模型过拟合，研究根据出现地点与背景地点的比例（1:10）对数据进行了进一步的抽样。

从模型训练、环境变量选择方面，该研究采用了**广义相加模型（GAM）**来构建鲸鲨的分布模型。模型中通过增加gamma值（1.4）和低k值，避免了参数过度平滑引发的过拟合问题。每个区域的模型都使用了鲸鲨的身份作为随机效应，并测试了表层和次表层的环境变量（EOVs），以确定最相关的环境驱动因素。

为了保证模型的泛化能力，研究人员进行了十折交叉验证，并在两个独立数据集上（包括鲸鲨的全球观测数据库OBIS和Sharkbook.ai的鲸鲨标记个体数据）进行了模型的外部验证。通过这种方式，研究不仅确保了模型的解释力和预测能力，还通过对比预测结果和已知的鲸鲨分布模式，确保了生物学上的合理性。

研究通过对环境变量的处理，生成了鲸鲨在不同气候情景下（包括最乐观的1.5°C目标、中等情景和依赖化石燃料的高强度情景）在2050年、和2100年的分布预测。该模型使用了当前的核心栖息地（>90百分位的栖息适宜性）作为对比，通过计算鲸鲨核心栖息地的面积变化和位置变化来预测其未来栖息地的移动。为了保证预测的准确性，研究还通过第二种算法（贝叶斯加性回归树，BART）对最佳模型进行了复核，进一步验证了预测结果的稳健性。

另外，船只交通与鲸鲨分布的重叠，也是核心关注。这项研究还考虑了鲸鲨与全球船只交通的潜在冲突。通过全球捕鱼监测组织的数据，研究计算了当前鲸鲨栖息地与船只活动的重叠指数（SCI）。在未来的预测中，研究通过比较2005-2019年的基线SCI和未来情景下的SCI变化，评估鲸鲨栖息地与船只交通的重叠风险。

研究表明：由于海洋温度上升，鲸鲨的核心栖息地将出现显著的地理位移。具体来说，到2100年，在一些国家水域内，鲸鲨的核心栖息地可能会减少50%以上，部分栖息地甚至会向北迁移超过1000公里，平均每年迁移约12公里。高排放情境下，这种变化最为明显，导致鲸鲨栖息地与人类航运活动的重叠程度急剧上升。

上图：鲸鲨在现今和未来海洋环境中的适宜栖息地分析。图源：Womersley, F.C., Sousa, L.L., Humphries, N.E. et al.鲸鲨是高度迁徙的物种，对温度变化极为敏感。随着海洋温度的持续升高，鲸鲨将被迫从当前的栖息地向更适宜的高纬度地区迁移。然而，这些新栖息地往往位于繁忙的航运线路附近，增加了鲸鲨与船舶发生碰撞的风险。研究预测，未来在高排放情境下，鲸鲨与船只的共存现象可能比当前高出15,000倍。与航运路线的交集，将极大地增加鲸鲨遭受致命撞击的风险，从而对其濒危种群构成更大的生存威胁。

航运活动是鲸鲨面临的主要人为威胁之一。鲸鲨经常在水面附近活动，这使得它们容易受到大型船只的撞击。随着气候变化引发的栖息地迁移，鲸鲨的栖息地将与全球繁忙的航运线路发生更多交集。研究发现，当前一些相对安全的栖息地，如墨西哥湾等区域，可能在未来成为船只航行的热点区域，使鲸鲨更容易遭遇船舶撞击。

此外，全球航运活动预计将在未来几十年内急剧增加，这将进一步加剧鲸鲨的生存压力。如果气候变化和航运扩展未能得到有效控制，鲸鲨的生存状况可能会进一步恶化。

上图：在全球航运背景下的未来物种再分布。图源：Womersley, F.C., Sousa, L.L., Humphries, N.E. et al.
尽管研究表明，气候变化对鲸鲨栖息地的影响不可避免，但采取气候缓解措施可以在一定程度上减轻这种影响。低排放或可持续发展情境下，鲸鲨的栖息地迁移和与船舶的共存频率将显著降低。这表明，通过减少温室气体排放并采取积极的环境保护措施，仍有可能保护鲸鲨免受气候变化带来的更严重的威胁。

鲸鲨通过巨大的嘴巴滤食海水中的浮游生物，每天可以过滤数千吨的海水。作为滤食性动物，鲸鲨的嘴巴可达1.5米宽，但食道非常窄，牙齿也退化了，主要只能以浮游生物、鱼卵、小鱼和鱿鱼为食。©摄影师：宋刚 | 绿会融媒·海洋与湿地
研究结论+讨论
鲸鲨栖息地变化：气候变化的影响与未来展望如上所讲，这项研究利用来自全球鲨鱼移动项目的鲸鲨15年追踪数据 (2005-2019)，结合海洋环境变量和气候模型，预测了未来两世纪（直至2100 年）的三种气候变化情景下的鲸鲨栖息地变化。这项研究的结果表明，全球范围内鲸鲨的栖息地将发生极地迁移，部分区域的迁移距离可能超过1000公里。在排放量最高的模型预测中，到本世纪末，鲸鲨适宜栖息地的纬度边缘区域将出现扩张。

这项研究预测，鲸鲨可能会从目前的核心栖息地向边缘、以及范围边缘的栖息地转移，这种大规模的重新分布的情况，将在全球范围内上演。但是，不同洋盆尺度上的迁移方向和位置将存在差异。随着海洋持续变暖和其他变量发生变化，鲸鲨与船舶共存的可能性也可能会增加，核心栖息地的一些国家水域可能会丧失适合的栖息地。

鲸鲨作为大型滤食性动物，其生态和生活史特征决定了栖息地变化可能带来复杂的后果。鲸鲨属于大型、高活动性的变温动物，它们的身体机能与繁殖在多个尺度上与温度密切相关。据观测，鲸鲨会花大量时间停留在表面水域（18-34°C），这项研究也基于这些水域数据建立了模型。气候变暖导致地表和地下水层的温度升高，将会使鲸鲨适宜栖息地的温度下限向两极延伸，鲸鲨的分布范围也将随之发生类似的改变。这可能意味着一些关键的聚集地 (对幼鲨和亚成鲨获取高密度猎物至关重要) 将变得难以到达，或者相对于鲸鲨的年度洄游路线而言过于遥远。此外，在新环境中遇到意想不到的海洋条件也可能会导致鲸鲨死亡，例如南非附近海域的鲸鲨案例。当这种情况与一些现有适宜栖息地可能发生的栖息地质量下降叠加时，这些动态变化可能会对鲸鲨种群数量产生负面影响。例如，虽然目前尚不清楚成年鲸鲨的繁殖地点、或幼鲨的出生地点，但栖息地的变化可能会改变这些位置，使刚出生的鲸鲨面临更高的被捕食风险、或缺乏食物来源的困境。

这项研究揭示的鲸鲨分布变化的多样性及其影响，与海洋保护息息相关。栖息地转移到不同国家的专属经济区可能会改变关键鲸鲨种群的保护水平，也可能会影响依赖鲸鲨旅游业的国家收入。未来船舶与鲸鲨共存可能性增加的事实，也凸显了将气候变化纳入濒危物种管理讨论中的重要性。

作者团队指出，这项研究开发的方法可以用于其他物种的栖息地变化预测，从而为国家和国际生物多样性保护计划提供依据。例如，可以识别复合压力源（例如海洋热浪和脱氧）影响最小的优先区域，评估现有海洋保护区在应对气候变化方面的适应性，或者设计涵盖所有未来栖息地 (包括聚集地、热点和庇护所) 的保护网络。

该研究的重要性在于，它不仅揭示了气候变化对海洋大型动物栖息地的潜在影响，还强调了在保护濒危物种的过程中，将气候变化因素纳入评估的重要性。通过量化气候变化与人类活动之间的互动，科学家可以为未来的保护策略提供数据支持，从而帮助缓解鲸鲨等海洋物种面临的生存威胁。

海湿·小百科

01****物种分布模型

物种分布模型（Species Distribution Model，SDM）是一种用于预测物种在特定地理区域内潜在分布范围的数学工具。它基于已知的物种出现位置数据，并结合环境变量（如温度、降水、海洋深度等）来推测物种的适宜栖息地。通过这种模型，研究人员能够了解物种当前的分布模式，并预测在气候变化或环境条件变化下未来的分布趋势，广泛应用于保护生物学、生态学研究及环境管理等领域。02****船只-鲸鲨重叠指数
船只-鲸鲨重叠指数（Shipping Co-occurrence Index，SCI）是一种用于估算船只活动与鲸鲨栖息地重叠程度的指标。该指数结合了商船航行路径与鲸鲨的栖息地分布模型，计算出船只经过的海域与鲸鲨可能出现区域的重叠概率。在这项研究中可以看到，SCI不仅可以评估现有的船只与鲸鲨碰撞风险，还可以通过预测未来海洋环境的变化，估计船只活动和鲸鲨分布在未来的重叠情况，从而为鲸鲨保护和船只管理提供科学依据。03****ARGOS系统
ARGOS系统（Advanced Research and Global Observation Satellite，ARGOS）是一个全球性的卫星数据收集和定位系统，专门用于追踪和监测动物及其运动。ARGOS卫星是一颗于1999年发射的科研卫星，它的主要任务是进行各种科学实验，包括研究地球上层大气、测试新型推进系统等。它就像一个遍布全球的“数据快递员”，能够实时追踪和定位各种物体，从海洋浮标到野生动物，无所不包。该系统通过接收附着在动物身上的ARGOS传感器发回的信号，利用多普勒效应计算动物的地理位置。ARGOS系统能够提供实时或近实时的位置数据，并支持多种生物学和生态学研究，包括动物迁徙、栖息地使用和种群动态等。ARGOS系统可以接收来自世界各地的各种环境数据，如温度、湿度、位置等，并将其传回地面，为科学家们研究气候变化、海洋生态等提供了宝贵的数据支持。无论是监测海洋洋流、追踪野生动物迁徙，还是研究极端天气事件，ARGOS系统都发挥着不可替代的作用，让研究人员能够获取跨越广阔海洋和偏远地区的动物移动数据，为生物多样性保护和管理提供了重要的信息基础。
04****核心栖息地
核心栖息地（Core Habitat）是指在特定区域内，生物种群的存在和繁殖所依赖的环境条件最优的区域。这些区域通常具有较高的生物多样性和丰富的资源，能够支持生物的生存和繁衍。核心栖息地对物种的生命周期、栖息行为和生态需求至关重要，尤其是在季节性聚集和迁徙期间。因此，保护和管理核心栖息地是生物多样性保护和生态系统管理的重要环节。

在本项研究中，是指适宜性在90百分位以上的区域，代表鲸鲨聚集或高活动性的“热点”地区。不过需要注意的是，核心栖息地并非一成不变，会受到环境变化、人类活动等因素的影响而发生变化；而且有一定的尺度上的依赖性——核心栖息地的范围和位置会随着研究尺度的变化而发生改变。影响核心栖息地分布的因素很多，除了环境条件外，还包括物种的生物学特性、种群动态等。

上图：卡塔尔的海域中，鲸鲨航拍图。在这张照片中，王敏幹教授与一条鲸鲨并肩游泳。他介绍道，“照片左侧是我们11米长的船。去年，我们与245条鲸鲨同框；今年，我们更上一层楼，与366条鲸鲨合影，创造了世界纪录！”供图：王敏幹教授（Prof.John MK Wong），卡塔尔海湾地区鲸鲨保护中心主任

思考题·举一反三

Q1、除了本文所提到的栖息地变化，气候变化还可能通过哪些途径影响鲸鲨的生存？例如，海洋酸化、海水温度升高对鲸鲨的生理机能和繁殖有何影响？

Q2、上面这个研究依赖于大量的追踪数据，但我们知道，这些数据的获取往往需要高昂的成本。如何在有限的资源下，最大化地利用这些数据，为鲸鲨保护提供科学依据？以及，如何将复杂的科学研究成果转化为通俗易懂的语言，让公众和决策者更好地理解鲸鲨保护的重要性？如何建立一个更完善的海洋保护地体系，为鲸鲨等野生动物迁徙物种提供更安全的栖息地？

Q3、鲸鲨的迁徙路线，是否会因气候变化而发生根本性改变？这将对沿途的生态系统产生怎样的影响？

Q4、基于本研究提供的鲸鲨未来分布预测，人类可以采取哪些措施来优化全球航线，尤其是在鲸鲨聚集区和迁徙通道附近？在螺旋桨的设计方面，是否可以改进、来减少误伤？以及，是否可以开发实时监测系统，根据鲸鲨的动态分布调整航线？是否可以建立一个全球性的航线优化平台，将鲸鲨分布数据与航运数据进行整合，为船舶提供实时避让建议？此外，有没有可能，建立一个全球性的船员报告平台，鼓励船员主动报告与鲸鲨的近距离接触事件？

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信息源 | Womersley, F.C., Sousa, L.L., Humphries, N.E. et al.
编译 | 王芊佳

编辑 | Linda，Sara
排版 | 绿茵

参考资料略