中国科大揭示气候变化驱动南极半岛阿德利企鹅海洋觅食地退化

近日，学院谢周清教授团队在极地生态与气候变化研究方面取得重要进展。研究人员通过整合繁殖地卫星追踪数据、海洋再分析资料与随机森林模型，系统评估了南极半岛西北部阿德利企鹅夏季海洋觅食栖息地适宜性的动态变化，揭示了自1993年以来研究区域觅食适宜性持续下降，未来觅食栖息地适宜性的变化强烈依赖于碳排放路径。相关成果以“Climate-driven degradation of marine foraging habitats for Adélie penguins in the Antarctic Peninsula”为题发表于《Global and Planetary Change》。

阿德利企鹅是南大洋生态系统的哨兵物种，其种群动态对气候变化高度敏感。气候变化可通过多种途径影响企鹅种群，其中夏季海洋觅食栖息地的适宜性——即繁殖季节能否在可及范围内获取充足的食物——是一个关键但尚不清晰的环节。南极半岛是全球升温最快的区域之一，过去数十年间气温升高、海冰减少、冰川退缩等现象显著。伴随这些物理变化，该地区的海洋生态环境也发生了深刻改变：浮游植物生物量增加且藻华持续时间延长，浮游植物群落从硅藻向小型鞭毛藻转变，磷虾生物量分布中心南移。然而，这些海洋环境的变化如何影响阿德利企鹅海洋觅食栖息地的适宜性，尚缺乏系统评估，这极大地限制了我们对南极典型生态系统如何响应近年来气候变暖的认识。

研究团队整合了1996—2013年间南极半岛西北部海域阿德利企鹅的卫星追踪轨迹数据（图1），结合ERA5、GLORYS12V1等海洋再分析资料以及CMIP6多模式未来气候预测数据，采用随机森林建模方法，构建了区域尺度与繁殖地特异性的阿德利企鹅觅食适宜性模型。通过历史时期（1993—2020年）和未来（至2100年）两个时间区间的预测分析，揭示了夏季觅食栖息地适宜性的时空变化和驱动因素：

图1.南极半岛西北部区域阿德利企鹅繁殖栖息地分布及卫星追踪数据。（a）南极半岛西北部区域阿德利企鹅繁殖地位置的空间分布；散点符号直径反映每个繁殖地的繁殖对数量规模。（b）本研究所用南极半岛西北部区域阿德利企鹅卫星追踪轨迹。轨迹颜色代表每个位置点所处的月份，底图阴影表示海底深度。

（1）海表温度是主导驱动因子，但生态阈值存在空间差异

研究发现，在所有模型中，海表温度均位居环境变量重要性排名的前两位，是控制觅食适宜性的核心环境因子。两个繁殖地特异性模型揭示了差异的响应阈值：来自King George Island的企鹅，其觅食适宜性在海表温度超过-1.1°C后急剧下降；而Signy Island群体的阈值则更高，约在0.85°C以上才出现显著下降。这种阈值差异表明，不同繁殖地的企鹅可能适应了各自所处的局部海洋环境——King George Island企鹅长期利用寒冷、高初级生产力的布兰斯菲尔德海峡海域，而Signy Island企鹅则更多地使用相对温暖的近岛水域。

（2）历史时期（1993—2020年）觅食适宜性呈下降趋势

区域模型显示，1993—2020年间，阿德利企鹅的高适宜性觅食区主要集中在西部沿岸水域和东北部开阔海域，而这些区域恰恰是适宜性下降最显著的区域（图2）。西部沿岸的适宜性下降主要由显著的海温升高驱动；东北部海域虽无显著升温趋势，但海表面高度的长期上升与觅食适宜性下降密切相关。值得注意的是，适宜性下降显著的区域与阿德利企鹅繁殖地附近的觅食海域高度重叠。

图2. 觅食栖息地适宜性与海洋环境条件的时空变化趋势。基于区域尺度模型得到的月平均觅食栖息地适宜性指数（HSI，年⁻¹）、海表温度（SST，°C 年⁻¹）以及海表面高度（SSH，米年⁻¹）在1993–2020年期间的线性趋势，分别对应12月、1月、2月以及南半球夏季平均。点状区域表示趋势显著（p < 0.10）。“×”符号表示阿德利企鹅繁殖栖息地位置。

（3）不同未来排放情景显著影响觅食栖息地适宜性变化

在低排放（SSP1-2.6）情景下，觅食适宜性的未来变化呈现空间异质性，部分区域适宜性可能维持现有水平或有所提升（图3），但不同气候模式间的预测存在较大不确定性。而在高排放（SSP5-8.5）情景下，两种SST模式数据均一致预测更大范围的适宜性下降，尤其是毗邻现存繁殖地的核心水域。这表明，高排放路径下，阿德利企鹅可能面临海洋觅食地广泛丧失的局面。

图3. 使用UKESM1-0-LL SST驱动的未来排放情景下觅食栖息地适宜性的预测趋势。SSP1-2.6和SSP5-8.5情景下，Regional-SUI、SI-SUI和KGI-SUI模型在南半球夏季（2015–2099年）的线性趋势（HSI, 10⁻¹年⁻¹）。点状区域表示趋势显著（p < 0.10）。×符号标记阿德利企鹅繁殖地位置。

研究进一步指出，1993—2020年间觅食栖息地适宜性下降与同期观测到的磷虾生物量下降、南极银鱼减少以及阿德利企鹅种群数量下降在空间上高度一致，形成了一条从“气候变化→海洋觅食地退化→关键猎物减少→种群下降”的潜在证据链。该研究通过机器学习方法对卫星追踪数据等现代高分辨率观测数据进行了建模分析，揭示了海洋觅食环境适宜性与企鹅种群波动的关联及其动态变化。在时间尺度上，该研究将对企鹅如何响应气候变化的认识从此前的千年尺度拓展到年代际/年际尺度；在空间尺度上，发现不同区域企鹅对温度变化的响应阈值存在差异，为南极企鹅保护提供了科学依据。

我院博士后刘鸿伟为论文第一作者，谢周清教授为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和国家极地专项计划的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105518