四月底，也就是春天开始融化的时候，一场大规模的北迁就开始了。成千上万的鸣禽踏上了旅程，但你大部分都看不到它们。它们在黑暗中飞行，以尽量避开捕食者，同时也就避开了试图研究它们的人类。
因此，尽管世界上10,000种鸟类中的4,000种每晚都在我们头顶上空飞过，但科学家们仍在努力回答基本问题。鸟类何时决定迁徙？这有多危险？像光污染和气候变化这样的人类因素如何影响迁徙的鸟类？
在迁徙研究的大部分历史中，鸟类学家不得不前往野外站，在鸟类停歇时捕捉和标记它们。对单一鸟类种群的研究需要数年时间才能尝试重新捕获被标记的鸟类。随着公民科学的兴起，鸟类学家开始招募志愿者帮助计数研究对象，然后雷达让研究人员能够追踪空中的鸟类，但即便如此，研究仍然非常艰辛。
“我们现在正在更大范围内了解事物。即使在十年前，如果你想研究某样东西，也必须亲自出去收集数据，”康涅狄格大学的鸟类学家摩根·好望说。“我认为在二十年后，鸟类学家大概会在任何时候都对大多数物种的栖息地和它们的活动有很好的了解。”
鸟类学家没有通过孤立的研究追踪单个物种，而是将目光投向了一个新工具：国际空间站上的一个射电望远镜模块，它将从太空边缘追踪季节性迁徙。
该任务名为ICARUS，即“国际空间动物研究合作”，之所以这样命名，是因为团队认为它几乎不可能实现——项目可能永远无法飞行，但他们仍然会努力让它起飞。该任务目前计划于8月投入使用。该项目以及新的射频标签围栏、对雷达追踪的人工智能分析以及研究数据的共享，将有助于将不同尺度的迁徙研究——追踪个体鸟类、研究特定种群和观察全球迁徙——连接成一个单一的、连贯的图景。
在其历史的大部分时间里，迁徙的鸣禽每年春天都会沿着大致相同的路线迁徙：它们从冬季栖息的南部地区飞往北部的繁殖地。白冠雀从墨西哥迁徙到加拿大北部，金翅鹟最近被发现从委内瑞拉一路迁徙到阿巴拉契亚山区。但像许多长距离迁徙者一样，金翅鹟的数量正在急剧下降——自1966年以来，它们的数量下降了68%。
迁徙鸟类繁殖地或越冬地的栖息地退化对其产生了影响，并且至少是造成这种下降的部分原因。还有一系列研究表明，光污染会使鸟类迷失方向，尤其是夜间迁徙的鸟类。鸟类到达的时间和春天的到来时间也正在迅速变化，这很大程度上是由于全球变暖的压力，研究人员正努力跟上。
好望观察到，繁殖地新植物生长的时间与鸟类到达的时间之间出现了新的差异。“鸟类正在提前到达，春天也在提前到来，但这些事情的发生速度不同，”好望说。好望说，目前尚不清楚这对大规模迁徙鸟类有何影响，他的团队目前正在研究个体种群，试图确定这一点。
《康多尔》杂志上的一项最新研究为好望可能发现的结果提供了一些线索。研究人员记录了1987年至2008年间五种迁徙鸟类到达加州北部一个野外站的日期。他们发现，像太平洋坡地 flycatcher、威尔逊鹟和橙冠鹟这样的短距离迁徙者，更能适应每年的天气条件。它们在每个季节的到达时间都有显著的差异。相比之下，像 Swainson's Thrushes 和 Yellow Warblers 这样从墨西哥和南美安第斯山脉迁徙的物种，在他们收集的22年数据中，并没有对每年的变化做出反应。这些鸟类每年都在同一天到达，而不管天气如何。
“这实际上是许多研究中出现的模式，”挪威自然研究所的高级研究员布雷特·桑德科克说，他与合著者吉娜·巴顿一起进行了这项研究。他说，短距离迁徙者在面对气候变化时往往更灵活、适应性更强。长距离迁徙者是那些数量在下降的，以至于他说鸟类学会议可能有点令人沮丧，因为不断重复“我的研究物种一直在下降”。但桑德科克认为，大数据是帮助更有意义地指导保护工作的一种方式。
今年春天，康奈尔大学鸟类学实验室推出了名为 BirdCast 的实时迁徙地图（如上图所示，由康奈尔大学鸟类学实验室提供，摄于2018年5月17日），该地图使用雷达追踪鸟类的飞行，并能让研究人员实时追踪迁徙情况。
“BirdCast 的工作，特别是我们今年春天发布的工作，这种方法已经酝酿了20年，”康奈尔大学鸟类学实验室信息科学项目研究助理安德鲁·法恩斯沃思说。在上个世纪90年代，将几晚的数据转化为可用信息需要几周的时间。法恩斯沃思说，现代计算机和机器学习让他们能够分析20年的存档数据，从而制作迁徙预测地图。“基本上，在雷达探测到数据后10到15分钟，我们就会运行这些算法来提取仅与鸟类相关的信息，然后进行展示。”
雷达使研究人员能够看到鸟类旅行的量，这通常在有来自南方的暖风的夜晚达到高峰，但它仍然不够详细，无法识别旅行鸟类的物种。要做到这一点，就需要监听它们的旅程。
“我在几栋楼的屋顶上设置了几个麦克风，”克利夫兰自然历史博物馆鸟类学实验室的研究助理劳拉·古奇说。“许多夜间迁徙的鸟类在飞行时会发出叫声。”
古奇说，麦克风捕捉到的微弱声音，如果你仔细听，在乡村地区是可以听到的。即使那样，古奇说，你很可能会听到一只鸫或一只鹪鹩，而不是一只麻雀几乎难以察觉的吱吱声，除非有麦克风来隔离最安静的声音。
古奇可以在声谱图上辨别出不同鸟类叫声的独特形状，声谱图是声音的可视化表示。她是少数几位记录夜间空气声音并能够识别这些吱吱声的鸟类学家之一，很多时候甚至能精确到物种。一些鸟类，如红start，非常独特，而另一些则被标记为组名，如“双带向上”（double banded up），这是对叫声在声谱图上看起来的描述，古奇说。“还有一堆鹟，一大群——黑顶鹟、黑胸鹟，在某种程度上还有玛格丽特鹟——它们被称为‘zeep’鹟，很难区分它们”（你可以听到下面以50%速度播放的zeep声音录音，由劳拉·古奇提供）。
尽管她有多年的数据，但古奇需要花费数小时才能整理和识别出迁徙高峰期所有的鸟类。在她的一处站点上，可能有超过600只麻雀和鹟的叫声，有一天晚上，她有4700只鸫和鹪鹩的叫声。“我有很多数据没有分析，因为我没有时间分析它们，”古奇说。“我希望自动化分析能成为现实，这样数据就能变得有用。”
在康奈尔大学鸟类学实验室，法恩斯沃思正在努力构建一个能够做到这一点的机器学习程序。他希望在未来一年半的时间里，至少能为北美少数几种鸟类开发出这样的程序。随着鸟类学家能够收集越来越多的数据，这样的技术只会变得越来越重要。
“技术小型化，特别是电池的小型化，目前正在引领地理定位器尺寸的革命，”好望说。新的微型地理定位器可以通过记录光线水平和角度来记录鸟类每天的起始位置。这让生物学家大致了解鸟类是如何迁徙的。目前最大的问题是，要获取标签信息，必须重新捕获鸟类。
但一个国际性的无线电塔网络正在涌现，以解决这个问题。MOTUS项目，来自加拿大鸟类研究组织，使用纳米标签传输独特的无线电信号，追踪迁徙于世界各地的个体鸟类（上图为2014年至2016年间追踪红鹬的图片，由加拿大鸟类研究组织的MOTUS野生动物追踪系统提供，并得到了合作者的贡献）。
“这是一个巨大的协作网络，所以如果我标记的一只鸟经过别人的无线电塔，我就会收到数据，”MOTUS网络的数据技术员和协调员佐伊·克里斯勒解释说。“所以，我不再依赖我项目能负担得起的五个塔，而是可以访问北美、南美、欧洲的站点，澳大利亚也开始建立一个网络。这确实是纳米标签的好处。”
所有这些技术——纳米标签、实时雷达、夜间声音——都将有望汇聚成最终的全局图景。“这是老无线电天文学家乔治·斯文森告诉我们的，”马克斯·普朗克鸟类学研究所的鸟类学家马丁·维克尔斯基说。“我们有宇宙的地图，我们知道恒星消失的区域以及恒星的诞生和死亡。而地球上我们却没有。我们不知道生命的‘沉没点’在哪里，也不知道‘繁荣区’在哪里。”
这正是 ICARUS 的用武之地。射电望远镜将从国际空间站向地球发射信号，并接收迁徙动物身上的地理定位器。ICARUS 的第一部分已经安装在国际空间站上，而用于启动射电天线的最后一次太空行走定于今年8月进行。“我们正在飞行 ICARUS，它不在靠近太阳的地方，而是在近地轨道上，这很好，”维克尔斯基笑着说。“我们终于将赋予 ICARUS 翅膀。”
在公民科学家的持续帮助下，他们可能很快就会给鸟类安装小型化的健身追踪器，维克尔斯基和他的同事们希望他们的研究最终能整合起来。“我们想从局部尺度和局部运动出发，并将其与生物多样性联系起来，”维克尔斯基说。“我们想把这一切联系起来。这可能真的会改变我们对生态学的[理解]。”
