PopSci BatSci:生物学家利用旧天气数据追踪蝙蝠信号

1990年8月,美国新泽西州 — — 飞行中的褐色小蝙蝠 — — 图片由 © Joe McDonald/CORBIS 提供

美国数亿只蝙蝠正面临严重困境,它们受到风力涡轮机和一种名为白鼻综合征的真菌感染等威胁,同时还面临气候变化带来的不确定性。大多数蝙蝠白天躲藏在洞穴中,晚上在空中活动,这使得它们极难研究。但如果科学家要帮助它们,他们就需要能够追踪它们。

为此,来自加州大学圣克鲁斯分校的生物学家 Winifred Frick 和波士顿大学的 Tom Kunz 与一些意想不到的盟友联手:天气研究员,俄克拉荷马大学的大气物理学家 Phillip Chilson,以及美国国家强风暴实验室的雷达科学家 Ken Howard。

美国国家气象局的 156 个 Nexrad 多普勒雷达站收集海量数据。它们以 5 到 10 分钟的间隔,每天 24 小时,从地平线以上 0.5 度扫描到 19.5 度。在此过程中,它们探测到的远不止天气。任何在空中的物体都会反射信号——昆虫、鸟类、风力涡轮机、低空飞行的飞机、森林火灾烟雾、坠落的流星、NASA 灾难的碎片,以及蝙蝠。雷达科学家称来自飞行生物的信号为“生物杂波”。Howard 说:“从气象学的角度来看,这是噪音。”“它污染了我们所有的算法。它会误导人们。我们有些例子看起来像严重的风暴,但实际上是蝙蝠从地下飞出来。”

图片由 Philip Chilson/俄克拉荷马大学提供

电视广播中显示的天气雷达图像大多已经去除了这种杂波。但未经清理的地图要复杂得多。晴朗无云的夜晚充满了成群结队的飞行动物,它们在雷达图上显示为浓密的、模糊的绿点,类似于雨滴。如果在已知蝙蝠洞的位置,黄昏时出现一群蝙蝠大小的物体,那很可能就是蝙蝠,这意味着国家气象局 20 年、1.2 PB 的原始雷达档案也是过去二十年蝙蝠飞行活动的档案。

Nexrad 档案已经产生了几项新发现,甚至开创了一个新的科学领域:航空生态学,这是 Kunz 去年创造的术语。Frick 注意到,在干旱年份(昆虫较少时),德克萨斯州某个洞穴的巴西游尾蝠会在傍晚更早地从白天的睡眠中醒来,以获得进食的先机。而在湿润的年份,它们会睡懒觉。Frick 还利用该档案发现在一个风暴锋面附近聚集着昆虫,那里的风将它们聚集在一起。在几个晚上,蝙蝠聚集在那里享用这场风形成的盛宴——这清楚地表明天气会影响它们的觅食活动。她说,她想研究全部二十年的档案,包括观察游尾蝠是否开始在德克萨斯州过冬,而不是飞往更南方,这将表明气候变暖正在改变它们的迁徙模式。

最终,科学家们希望利用这些数据来统计每个洞穴的种群数量。目前用于识别空中物体的算法还不够精细,无法进行人口普查。但它们可以得到改进,从而帮助气象学家和生物学家更好地确定,例如,什么是云,什么是蝙蝠群,什么是昆虫群。(生物杂波有时仍然会污染仅用于天气的地图,看起来像一场风暴。)

图片由 Philip Chilson/俄克拉荷马大学提供

雷达科学家们正在努力使该档案对研究人员更有用。他们的目标之一是生成仅包含动物的地图和动物数量,就像他们现在生成天气图和降雨量统计一样。然而,为了准确地筛选出各种生命形式,科学家们需要更多地了解单个动物在雷达上的显示方式。去年夏天,Chilson 和 Frick 使用一台移动雷达设备(用于追踪龙卷风)扫描了德克萨斯州西部活着的蝙蝠群,同时还使用红外相机来识别个体。Chilson 甚至将一只死蝙蝠放在消声室中,以精确绘制其雷达信号图。

Howard 说,这项动物追踪项目还可以帮助研究昆虫和鸟类的生物学家,特别是那些研究夜间空中行为的生物学家。他表示,大气层就像陆地或海洋一样是一个栖息地,“但我们从不停止去关注它。”“这些事情大多数都发生在夜间。 there’s a whole richness of life that’s going on that is not visible, unless you are a biologist with night-vision glasses—or if you are using radars.”(那里充满了生命,它们是看不见的,除非你是一名戴着夜视眼镜的生物学家——或者你正在使用雷达。)

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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