基于灰色關聯分析的水鳥與氣候要素的響應關系研究

鄒麗麗

摘 要：該研究選取1979—2009年1月份的米埔濕地內的水鳥和7種與水鳥密切相關的氣候要素，通過灰色關聯分析的方法，探討水鳥與氣候要素的響應關系。結果表明：從整體來看，水鳥對于氣候要素的關聯性較強。其中，留鳥對本區(qū)氣候適應能力相比較候鳥較強；隨著時間推移，水鳥對于天然氣候要素的適應逐年減弱，人為因素對于水鳥數量和種類的變化的影響越來越成為主導。另外，從不同種類水鳥與氣候要素的關聯程度來看，不同種類水鳥對于氣候的適應程度具有一定的差異性，水鳥本身的生活習性特征決定了不同種類的水鳥對氣候具有一定的適應和應對的能力，例如，擅長飛行的鵜形目對于最低能見度時數的關聯性最強，擅長游泳的對于降水的關聯性最小。

關鍵詞：水鳥；濕地；氣候；響應；米埔濕地

中圖分類號 Q958 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）16-0012-04

Abstrac：This paper selected different kinds of waterfowl and seven kinds of climate elements which closely related to waterfowl climatic factors in January 1979—2009，used the method of gray relational analysis. The results show that：on the whole，waterfowl have strong relevance to climate elements. The resident birds have strong adaptability to the climate compared to migratory birds in this area；Over time，the waterfowl weakened for the adaptation of natural climatic factors year by year，human factors have become dominant for the change of the number and species of waterfowl. In addition，from the different correlation of the different types of waterfowl and climatic factors，the different types of waterfowl have some differences for climate adaptation，the living habits characteristics of waterfowl determine the different ability on climate adaptation，for example，Pelecaniformes specializes flight，the number of the most relevant for minimum visibility，are good at swimming for the precipitation associated minimum.

Key words：Waterbirds；Wetland；Climate；Response；Mai Po wetlands

1 引言

生態(tài)環(huán)境不僅是人類賴以生存發(fā)展的基礎條件，也是整個生物群體賴以生存和延續(xù)的必要條件。水鳥作為環(huán)境的指示劑，能靈敏地反映出生態(tài)環(huán)境的變化，同時生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣也直接影響看鳥類的種類和數量[1-3]。近年來，由于氣候變化的異常，水鳥數量逐年減少，許多學者開始針對水鳥棲息地的生態(tài)環(huán)境質量展開了研究[4]。氣象要素條件對于鳥類生存起著至關重要的作用，降水量對所有的鳥類直接相關，溫度也是影響鳥類變化的重要因素，最大溫度與涉禽類呈負相關[5-6]。隨著氣候變化，景觀格局發(fā)生了一定變化，我國天然的淡水濕地景觀類型減少，致使黑鴨等水鳥生存環(huán)境遭到威脅，野生動物的生活習慣和數量發(fā)生了較大變化，海岸水中浮游植物增多，魚類減少，進而影響到鳥類食物的來源，導致水鳥數量減少[7-9]。在前人研究的基礎上，本文試圖通過定量化分析，獲得米埔濕地水鳥對氣象及生態(tài)氣象質量動態(tài)變化的響應機理，進而提出保護鳥類的生存環(huán)境，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的策略，為區(qū)域生態(tài)建設工程的規(guī)劃與決策提供科學依據。

2 數據來源

以香港米埔及內后海灣拉姆薩爾濕地（簡稱米埔濕地）為研究區(qū)，探討水鳥與本區(qū)氣象氣候要素的關系。該濕地地處亞熱帶季風氣候區(qū)，水熱條件優(yōu)越，由天然淺水河口三角洲地帶、魚塘、基圍、潮間帶泥灘、紅樹林、蘆葦叢及淡水池塘構成。米埔濕地以鳥類著稱，每年冬季停留在這里的水鳥平均為55 000只，全年基本相同的時節(jié)，途徑本地的候鳥也可達10萬只。自1979年開始，香港觀鳥協會幾乎每年都會按濕地國際標準，根據不同種鳥類棲息環(huán)境，采用1km2網格，配以植被圖和最佳調查水鳥棲息的時間，對米埔內后海灣拉姆薩爾濕地的冬季鳥類進行分區(qū)調查[10-12]。雖然每次調查的路線和方法可能有所不同，但Deep Bay areas（Deep Bay“A”-“F”）和MaiPo等區(qū)域的調查方式基本一致。區(qū)別于候鳥和游鳥，留鳥行為變化的要素較為穩(wěn)定，而且對氣象要素變化較為敏感。從圖1可以看出，香港米埔濕地水鳥總體數量隨時間推移，發(fā)生了較大的變化。

3 灰度關聯分析

灰色系統(tǒng)理論是1982年由我國著名學者鄧聚龍教授創(chuàng)立的，以部分信息已知和部分信息未知的小樣本、貧信息不確定性系統(tǒng)為研究對象的一門系統(tǒng)科學新學科。它的主要內容包括以灰色朦朧集為基礎的理論體系、以灰色關聯空間為依托的分析體系、以灰色序列生成為基礎的生成體系等[13-15]。GRA作為灰色系統(tǒng)理論的重要組成部分，通過參考序列與各個比較序列的距離發(fā)展趨勢，找出差異性和接近性，從而得到序列之間的關聯度。運用GRA的步驟大致如下：

（1）選取影響水鳥數量變化的氣象氣候要素因子（月平均溫度、月平均降水、月平均日照、年酷熱天數、年寒冷天數、熱液日數、低能見度時數），構成矩陣R。并分別算出其最大值和最小值，有利于水鳥生存的要素找出該項指標最大值，取最大值作為基準，不利于水鳥生存的要素找出該項指標最小值，取最小值做基準，然后作無量綱處理（標準化）。

（2）用有利于水鳥生存的要素分別除以最大值，用最小值除以不利于水鳥生存的要素，得到無量綱化后的矩陣B。

4 水鳥與氣候變化響應機理研究

氣候數據，本文選取香港天文臺公布的1979—2009年7種氣候要素，包括氣溫、降水、日照、酷熱天數、寒冷天數、熱液日數、最低能見度等要素進行水鳥與氣候之間響應關系的分析。綜合以上氣候要素因子和相應時期的本濕地的留鳥數量和候鳥數量，以及不同種類的水鳥總量為基礎數據，利用灰度關聯分析模型來建立不同種類的水鳥與氣候要素間的關聯系數，從而確定不同種類水鳥對氣候的響應特征，進而解釋水鳥宏觀大尺度對區(qū)域選擇的規(guī)律，為今后研究水鳥遷徙和水鳥對區(qū)域大尺度選擇的研究提供可參考意見。

4.1 留鳥與氣候的響應 本文選取1979—2009年1月的留鳥數據和相對應的其中反映當地氣候狀況的31年的氣象氣候要素，通過灰色關聯分析方法探討兩者的關聯性，進而推算出影響留鳥生存或者去留的風險因子。本文選取1979—2009年1月份留鳥數據進行研究，包括小（Egretta garzetta）、小白鷺（Tachybaptus ruficollis）、池鷺（Ardeola bacchus）、斑嘴鴨（Anas zonorhyncha）、灰胸秧雞（Gallirallus striatus）、白胸苦惡鳥（Amaurornis phoenicurus）、黑水雞（Gallinula chloropus）7種數量較為穩(wěn)定的留鳥進行研究。經過以上方法計算可得留鳥與氣候要素的關聯系數表，如表1所示。

31年香港米埔濕地留鳥和7種主要氣象氣候要素的灰色關聯度基本呈現較大的關聯度，僅僅挑選每10年的關聯結果進行顯示和分析（表1），留鳥的數量與7種氣候要素間存在一定的關聯性，其中，從選取的這4年的數據來看，留鳥對于日照時數的關聯度都較高，對熱液日數的關聯度相對較低，1979年的留鳥對降水、日照、酷熱天數、熱液日數和低能見度時數都表現出了較高的關聯性，而2009年留鳥僅僅與氣溫和日照表現出了較強的關聯性。由此可知，隨著社會的發(fā)展，外界對水鳥及水鳥棲息地的干擾程度加大，水鳥的去留或者生存已經與氣候的關系逐年降低，可能原本由自然條件所主導的水鳥的生態(tài)已經開始慢慢轉向其他因素主導。另外，從均值可以看出，7種氣候要素中的氣溫、日照與留鳥的關聯性超過0.7，所以這兩種氣候要素可以被定義為米埔濕地內影響留鳥生存和流失的的風險因子。因此，從未來氣候的變化趨勢，也可以大致估算米埔濕地內留鳥的數量變化情況。

4.2 冬候鳥與氣候要素響應 根據上述的方法，同樣選取本區(qū)域的冬候鳥數據進行分析，由于本區(qū)域是東亞-澳大利亞候鳥遷徙航道上，水鳥停歇和補給的重要中轉站，又因為每年水鳥到達此處的時間基本上在1月份，冬候鳥來自北方，對于本區(qū)域的選擇尤其受氣候要素的影響較大，而且區(qū)別于留鳥的是，冬候鳥不具備通過長時間生活在此處，已經具備適應本區(qū)氣候的能力，因此冬候鳥對本區(qū)的氣候更具敏感性[16]。因此，選取本區(qū)域的冬候鳥和相應的7種氣候要素進行分析，不僅具有十分重要的意義也具有研究的代表性。

從表2可以看出：米埔濕地內的冬候鳥與日照、寒冷天數、氣溫的關聯度相對較高，與降水和酷熱天數的關聯度相對較小；1979年冬候鳥只與酷熱天數和熱液日數具有強關聯性，與其他氣候要素均沒有表現出較高的關聯度；而1989年的冬候鳥則與大部分氣候要素都表現出相對較強的關聯度；2009年，同樣冬候鳥的數量與氣候要素的關聯度越來越小，甚至只與氣溫有0.86的關聯性；同樣印證了上述研究中的一個結果，隨著社會的發(fā)展，影響水鳥分布的因素可能正在發(fā)生轉移。

4.3 不同種類水鳥與氣候要素響應 因為水鳥除了擁有其共同的習性特征外，各種類型的水鳥可能還擁有其對氣象氣候適應的獨特的生活習性[17-20]。正由于每種水鳥都有其獨特的或者相似的生活習性，因此，在應對氣候變化和適應氣候要素的過程中，可能與氣候要素的關聯程度也略有不同。為此，本文將每年1月份的水鳥按照濕地中國水鳥劃分的方法進行分類，進而探討米埔濕地內存在的不同種類水鳥對氣候的響應特征。每種水鳥與7種氣候要素關聯系數均值如表3所示。

水鳥對氣候具有一定的依賴性，當然隨著時間的推移，水鳥也會通過慢慢通過自身的生活習性，來適應氣候的各種變化。鸛形目和鶴形目屬于路上棲息相對較多的種類，常在淺水處或者開闊地涉行覓食，那么降水量因為對于降水、日照和熱液日數的關聯性相對較高，降水較大或者較少都可能影響這兩者的日常活動，甚至影響它們的食物來源，所以與降水量的關聯性相對較大。另外，熱液日數的增加同樣會影響它們的日常活動，所以其關聯性也相對較高。鵜形目由于善于飛行，它與溫度、熱液日數和低能見度時數具有強關聯性，這幾種氣候的變化將會使鵜形目的數量發(fā)生較為明顯的變化。雁形目則與除了降水和酷熱天數、關聯度較小意外，與其他氣候要素都表現出較強的相關性，可見雁形目受氣候的影響還是較大的。目和雁形目相似的是都擅長游水，所以降雨量的大小對這兩種水鳥的相關性不大。而日照、酷熱天數和熱液日數則是影響目的主要氣候因子，這可能與目喜涼不喜熱的生理特征所決定的。

5 結論與討論

從整體來看，水鳥對于氣候要素的關聯性較強。長時間序列的留鳥和4種主要氣候要素的相關性顯示，水鳥與溫度和最低能見度時數的相關性較強，相關性指數可以達到0.8，與日照的相關性相對較小。當然，這只是針對米埔濕地所有留鳥的共性特征而言的。不同種類的水鳥對氣候變化的響應是不同的。根據灰度分析方法，研究留鳥和冬候鳥對7種氣候要素的響應關系就可以看出：不同種類水鳥對于氣候的適應程度具有一定的差異性，留鳥對本區(qū)氣候適應能力相比較候鳥而言還是比較強的。另外，隨著社會的發(fā)展，水鳥對于天然氣候要素的適應逐年減弱，可能人為因素對于水鳥數量和種類的變化的影響越來越成為主導。

從單獨的不同種類與氣候要素的關聯程度來看，水鳥本身的生活習性特征決定了不同種類的水鳥對氣候具有一定的適應和應對的能力。擅長飛行的鵜形目對于最低能見度時數的關聯性最強，擅長游泳的對于降水的關聯性最小，而長時間棲居在河流或者沼澤岸邊覓食的，則對溫度、日照等氣候要素的要求較高，具有較強的關聯性。

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（責編：張宏民）