南极洲的帝企鹅。 斯蒂芬妮·热努维耶, CC BY-ND
一个概念 煤矿里的金丝雀 金丝雀——一种对环境极其敏感、能发出危险警报的物种——起源于英国矿工。上世纪1980年代中期，他们曾将真正的金丝雀带到井下，用来探测致命的一氧化碳气体。如今，另一种鸟类——帝企鹅——也在发出类似的警告，提醒人们燃烧化石燃料对地球环境的影响。
作为一个 海鸟生态学家我开发数学模型来理解和预测 海鸟如何应对环境变化我的研究融合了多个科学领域，包括以下方面的专业知识： 气候学家为了提高我们预测气候变化未来生态后果的能力。
最近，我与同事们合作，将我们对帝企鹅生活史的了解与不同的潜在能力相结合。 气候情景 2015年概述 巴黎协定为了应对气候变化并适应其影响，我们想了解气候变化将如何影响这种标志性物种，其独特的生活习性已被记录在屡获殊荣的影片《三月的企鹅设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
我们的 新近发表的研究报告 研究发现，如果气候变化继续以目前的速度发展，到2100年，由于南极海冰的减少，帝企鹅可能几乎灭绝。然而，更积极的全球气候政策可以阻止帝企鹅走向灭绝。
帝企鹅在南极洲阿德利地的海冰上繁殖。 斯蒂芬妮·热努维耶, CC BY-ND
地球大气中的二氧化碳
许多科学报告表明，人类活动正在增加地球大气中的二氧化碳浓度，这 地球变暖如今，大气中的二氧化碳浓度略高于百万分之410，远高于地球历史上任何时期的水平。 数百万年.
如果这种趋势持续下去，科学家预测到2100年大气中的二氧化碳浓度可能达到百万分之950。这种情况将导致…… 一个截然不同的世界 从今天开始。
帝企鹅是 生命指标 它们的种群趋势可以说明这些变化带来的后果。尽管它们生活在远离人类文明的南极洲，但它们与快速变化的环境之间维持着如此微妙的平衡，以至于它们成为了现代的“金丝雀”。
与海冰息息相关的命运
我花了近20年时间研究帝企鹅独特的适应性。 它们在海冰家园中面临着恶劣的环境。每年，南极洲周围的海洋表面在冬季结冰，夏季融化。企鹅利用冰层作为繁殖、觅食和换毛的基地，在南半球冬季海冰形成后的三月或四月，它们从海洋来到它们的栖息地。
南极洲周围已知的 54 个帝企鹅栖息地（黑点）和海冰覆盖区（蓝色）。 斯蒂芬妮·热努维耶, CC BY-ND
五月中旬，雌鱼产下一枚卵。整个冬季，雄鱼负责孵卵，而雌鱼则要跋涉很远的路程到开阔水域觅食，忍受地球上最严酷的气候。
当雌企鹅带着食物回到刚孵化的小企鹅身边时，雄企鹅已经禁食四个月，体重减轻了近一半。小企鹅破壳而出后，父母轮流喂养和保护它们。九月，成企鹅离开幼崽，外出觅食，以满足小企鹅日益增长的食量。十二月，所有企鹅都离开栖息地，返回大海。
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帝企鹅雄性每次只孵化一枚蛋，直到小企鹅破壳而出。
在这一年周期中，企鹅依赖于海冰。金发姑娘地带它们需要具备生存所需的条件。它们需要冰层上有开口以便接触水体觅食，也需要厚实稳定的冰层平台来抚育雏鸟。
企鹅种群趋势
60多年来，科学家们对南极洲的一个帝企鹅栖息地进行了广泛的研究，该栖息地被称为 阿德利岛这项研究使我们能够了解海冰状况如何影响鸟类。 人口动态例如，在20世纪70年代，人口经历了…… 急剧下降 连续数年海冰覆盖率低导致 大范围死亡 在雄性企鹅中。
过去十年间，我和我的同事们结合我们对海冰与企鹅生命史波动之间关系的了解，创建了一个 人口模型 这使我们能够了解海冰状况如何影响 帝企鹅数量众多并根据对南极未来海冰覆盖的预测来推算它们的数量。
一旦我们确认了我们的模型 成功地重现了过去观察到的趋势 我们将分析扩展到南极洲各地帝企鹅种群的物种级威胁评估。
气候条件决定帝企鹅的命运。
当我们利用与人口模型相连接的气候模型来预测如果温室气体排放继续以目前趋势发展，海冰可能发生的变化时，我们发现，到2100年，所有已知的54个帝企鹅栖息地都将出现衰退，其中80%将接近灭绝。因此，我们估计帝企鹅的总数将比其现存数量减少86%。 当前大小 如果各国不减少二氧化碳排放，全球将有大约 250,000 万人死亡。
如果不采取行动减少全球二氧化碳排放，到 2100 年，海冰的减少（图中蓝色部分）将使大多数帝企鹅栖息地消失。 斯蒂芬妮·热努维耶, CC BY-ND
然而，如果国际社会采取行动减少温室气体排放，并成功将全球平均气温稳定在比工业化前水平高 1.5 摄氏度（3 华氏度）以内，我们估计帝企鹅的数量将减少 31%——虽然仍然十分严重，但并非不可避免。
如果温室气体减排力度不够，导致全球气温上升 2°C，那么温室气体排放量将下降 44%。
我们的模型显示，这些种群数量的下降主要将发生在本世纪上半叶。然而，如果世界能够实现《巴黎协定》的气候目标，我们预测到2100年，全球帝企鹅种群数量将基本稳定，并且仍将存在适宜的避难所来维持部分企鹅群落的生存。
到 2100 年，全球采取行动限制气候变化，可以大大提高帝企鹅的生存能力。 斯蒂芬妮·热努维耶, CC BY-ND
在气候变化的情况下，企鹅个体可能会迁徙到新的地点以寻找更适宜的环境。我们的种群模型包含了复杂的因素。 扩散过程 为了解释这些迁徙，我们发现这些措施不足以抵消气候变化导致的全球帝企鹅数量下降。简而言之，全球气候政策对帝企鹅未来的影响远大于帝企鹅迁徙到更适宜栖息地的能力。
我们的研究结果鲜明地揭示了国家气候政策决策的深远影响。遏制二氧化碳排放对帝企鹅以及无数其他物种都至关重要，而科学界尚未对这些物种发出如此明确的警告。
关于作者
Stephanie Jenouvrier，副研究员 伍兹霍尔海洋研究所
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