每年的秋季和春季，气流在高空汇聚成看不见的高速公路，成千上万的候鸟在此踏上迁徙的旅程。当观鸟爱好者们纷纷背起相机和望远镜往外跑，有一群科学家却忙着“云观鸟”，在雷达数据中寻找候鸟的踪迹。
用雷达探测飞行动物的研究属于一个前沿领域，称为空中生态学（aeroecology）。使用现有的气象雷达，就可以对迁徙鸟类实现大范围的全天候监测，历史数据也能用于分析。
再结合公民科学观测等其他来源的数据，科学家就能更加全面地掌握迁徙鸟类的数量和种类变化，以了解栖息地和环境是否健康，以及更大尺度上的气候变化对生态造成了怎样的影响。
北红尾鸲是中国南方常见的冬候鸟 | 玛雅蓝
气象雷达“搞副业”
雷达的设计原理来自于蝙蝠的回声定位——向空中发射电磁波，然后分析反射回来的信号，就能获得关于周围环境的信息。这一技术诞生于第二次世界大战期间，原本应用于军事领域，而后在和平年代被应用于气象监测等领域。
使用雷达进行物种监测的历史，要从两位著名的种群生态学专家说起。1941 年在英国，鸟类学家大卫·拉克（David Lack）和昆虫学家乔治·C·瓦利（George C. Varley）协助军方调查一些神秘的雷达信号 [1]。
他们通过望远镜观测证实，那些信号其实是飞过海面的北鲣鸟（Morus bassanus）。这项调查报告在二战结束后解禁。欧美国家的科学家受到启发，开始使用雷达监测数据统计鸟群大小、飞行时间等信息。
气象雷达 | Unsplash 图源：参考文献[8]
澳大利亚昆士兰大学生态学博士师旭介绍，雷达能探测到的信息与波长有关，其中气象雷达的波长常在 5~10 厘米之间，尤其适用于观测雀形目的小型鸟类，如柳莺、鸫。许多雀形目鸟类主要在夜间迁徙，很难通过人力进行观测。而气象雷达不仅可以全天候运行，还能覆盖极大的范围，监测半径可达 250 公里，监测高度从地表附近到数千米高空都能覆盖，而鸟类迁徙时的飞行高度通常在 3 千米以下。
许多国家拥有庞大的气象雷达网络。截至 2021 年，东亚-澳大利西亚迁飞区（EAAF）内各国总计拥有超过 430 台气象雷达，组成了庞大的监测网络，覆盖了一半鸟类物种的迁徙通道和越冬地，以及约 70%具有国际重要意义的迁徙滨鸟栖息地 [2]。中国是 EAAF 当中气象雷达数量最多的国家，达到 200 多台，拥有巨大的研究潜力。
很多气象雷达保存着过去十余年到二十余年的数据，有助于揭示鸟类种群数量、迁徙模式和分布区域随时间的变化。2019 年发表于《科学》期刊的一项研究显示，在过去五十年间，美国和加拿大的鸟类数量减少了 29 亿，下降幅度达 30% [3]。这项研究结合了鸟类监测项目与气象雷达收集的数据，其中气象雷达数据在覆盖面积和监测时长上远超人力监测，为揭示夜间迁徙的鸟类种群的变化趋势提供了珍贵的信息。
这项研究的结论也表明，鸟类的生存状况已经十分严峻。师旭指出，监测鸟类迁徙的轨迹，可以指导机场、风电场等工程项目的建设，让工程选址避开迁徙热点地区。这不仅是为了降低工程的环境影响，也是为了保护人身安全、减少经济损失。
风力发电场，图源：参考文献 [9]
那是鸟，还是云？
一般的鸟类监测项目要求人力识别和鉴定每个个体，但雷达信号无法识别单个像素点是什么。科学家需要通过分析信号的性质和整体移动模式，并与其他来源相互验证，以便判断某一团信号是云团、昆虫或者某个类群的鸟。一个重要指标就是信号的方差，即不同像素或信号之间的差异值。
“例如降雨的时候，信号的速度和强度在一定范围内差异不大；而鸟类的飞行速度、方向差异变化非常大，信号之间的差异值大于降雨的差异值。通过这一点，我们可以大致判断出它是鸟类还是其他物体。”师旭说。如果确定某个区域某个时段的雷达信号来自于鸟群，科学家就能借助公民科学家提供的观鸟数据，估算出其中大致的鸟类种群构成。
除了气象雷达之外，还有一种专门用于监测鸟类的小型雷达。它的探测范围相对窄，只能垂直向上发射电磁波，但是精度非常高，可以记录每只鸟飞过的路径以及飞行模式。根据不同的飞行模式，科学家就能大致判断出这是哪个类群的鸟类。
师旭介绍，很多雀形目小鸟飞行时会交替地振翅、滑翔；持续振翅的更有可能是鸻鹬类、雁鸭类，两个类群的振翅频率不同；很少振翅的可能是猛禽，或大型的鹤、鹳。
迁徙的凤头蜂鹰 | 玛雅蓝
对于昆虫，农业上也经常使用专门的雷达监测害虫的动态。研究显示，每年有 9 万亿夜间迁徙的昆虫通过中国东部农业区域上空，折算成生物量大约有 15,000 吨 [4]。师旭评论说：“也就是说，在我们睡觉的时候，每年有 15,000 吨的昆虫从中国东部天上飞过。虽然听起来很难想象，但这样的迁徙是真实存在的。
如果天上同时有鸟类和昆虫飞过，如何在天气雷达信号里区分它们？
师旭团队的一项研究探讨了这个问题 [5]。他介绍，鸟的体型比昆虫大很多，两者同时出现的时候，鸟类的信号通常会覆盖昆虫的信号；鸟类的主动飞行能力也更强，飞行模式与风向和风速无关，而大部分的昆虫迁徙依赖风力，表现出随风扩散的规律。这其中数据处理的细节，就是科学家正在研究的课题了。
数鸟的方法有几种？
与雷达相比，许多传统的监测和研究手段显得效率很低。目前依靠观鸟爱好者收集的数据主要是日行性猛禽迁徙监测、鸻鹬类水鸟旗标记录等。以迁徙猛禽监测为例，监测员需要在户外监测点进行全天候观测，经受暴晒或寒风的洗礼，有时候一天下来只能统计到个位数的猛禽。
除此之外，科研中还经常使用环志标记、卫星追踪定位等手段，以了解鸟类的活动轨迹。被追踪的个体无法重新捕获或者遭遇意外，都是常有的事情。那么，有了雷达观鸟，还需要人力监测吗？
科学家为水鸟佩戴旗标 | Wikipedia 图源：参考文献[10]
师旭认为，雷达和其他类型的鸟类观测数据可以相互补充，更加全面地反映鸟类种群生存状况。具体而言，定点观测和雷达监测提供的数据，呈现的是一个“点”或者一定范围内的“面”，能够告诉我们在某个时间段有多少鸟儿从这里经过。
而环志报告和卫星定位追踪提供的数据是一条“线”，可以让我们了解迁徙鸟类的生活轨迹，包括在整条路线上的停留地、繁殖地和越冬地，它们是生活在保护区内部还是外部，有没有遭遇盗猎等，这对于保护工作来说是非常有价值的信息。
关于鸟类迁徙的研究已经有大约 200 年的历史，但是大部分研究优先关注长距离迁徙、受到国际公约保护的鸟类，例如各种鸻鹬，我们对于其他迁徙距离较短的鸟类认识仍然有许多空白。师旭团队今年 8 月发表的一项研究使用雷达数据与 eBird 上的观鸟爱好者记录，揭示了澳大利亚东部鸟类的迁徙模式 [6]。他说：“因为雷达无法识别种类，所以我们需要更多的追踪数据，以便详细描述每种鸟的迁徙路径。”
帮科学家数鸟，你也可以
澳大利亚的公民科学起步较早，eBird 上已经积累了多年的高质量数据，为研究提供了便利。近些年，国内也出现了许多观鸟爱好者和公民科学项目。师旭强调，爱好者们在中国观鸟记录中心等渠道提交数据的时候，一定要明确是否记录了看到的所有鸟种，以及每种鸟类的数量。“这些（公民科学）数据原本是一份宝贵的记录，但如果没有包含这些信息，它的价值就会大打折扣。”
有的爱好者只记录自己的目标物种，以完成“加新”，而没有记录麻雀之类的常见鸟；还有人只记录当天看到了多少个物种，而没有统计数量。实际上，区分其他鸟种究竟是没有观察到，还是没有进行记录，对生态学研究非常重要。尽管我们无法统计每一只鸟，但是通过尽可能准确地进行完整的记录，就可以帮助科学家掌握鸟类的相对数量、迁徙规律等信息。
观鸟爱好者还可以参加公民科学项目，直接帮助科学家收集特定的数据。就在近期，随着猛禽纷纷踏上秋季迁徙的旅程，迁徙猛禽监测网络项目正在全国各地统计迁徙猛禽的数量和种类，并协助开展反盗猎工作，守护猛禽一路平安。
在城市里，鸟类常常受到玻璃建筑的反光和夜间照明干扰而撞上玻璃，造成伤亡。全国防鸟撞行动网络发布的调查报告显示，鸟撞高发于春天和秋天的迁徙季节，柳莺科、鸫科与噪鹛科等雀形目鸟类可能是受到鸟撞影响最大的群体 [7]。志愿者们可以帮助项目组识别和改造自己身边具有鸟撞风险的建筑，以挽救鸟类的生命，推动城市鸟类友好建设。
公民科学的意义不仅在于数据的科研价值，也在于每个参与者的体验和收获。如今，我们一年四季都能享受空调制造的宜人温度，吃上各色各样的蔬菜水果，而与候鸟的不期而遇使我们再一次感受到季节的流转，找回与大自然的连接。
现在正是金秋时节，快走出家门，去寻找迁徙的鸟吧！
参考文献
[1]Heisman R. A Brief History of How Scientists Have Learned About Bird Migration[EB/OL]. Audubon magazine. https://www.audubon.org/magazine/brief-history-how-scientists-have-learned-about-bird-migration. Spring 2022/2025-09-20.
[2]Shi X, Hu C, Soderholm J, et al. Prospects for monitoring bird migration along the East Asian‐Australasian Flyway using weather radar. Remote Sensing[J]. Ecology and Conservation, 2023 Apr;9(2):169-81.
[3]Rosenberg K V, Dokter A M, Blancher P J, et al. Decline of the North American avifauna[J]. Science, 2019, 366(6461): 120-124.
[4]Huang J, Feng H, Drake V A, et al. Massive seasonal high-altitude migrations of nocturnal insects above the agricultural plains of East China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024, 121(18): e2317646121.
[5]Shi X, Drucker J, Chapman J W, et al. Analysis of mixtures of birds and insects in weather radar profile data[J]. Ornithological Applications, 2025: duaf020.
[6]Shi X, Clarke R H, Simmonds J S, et al. Characterising Migratory Bird Assemblages in Understudied Regions by Integrating Radar and Citizen Science Data[J]. Global Ecology and Biogeography, 2025, 34(8): e70104.
[7]全国防鸟撞行动网络. 全国防鸟撞行动网络 2025年度报告[EB/OL]. https://mp.weixin.qq.com/s/aG3CS7YQGXL4xRITtOgkrA. 2025-09-04/2025-09-20.
[8]https://unsplash.com/photos/weather-radar-dome-on-a-hill-with-clouds-o–lAWssg5I
[9]https://www.pexels.com/zh-cn/photo/532192/
[10]https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bird_Ringing_by_BNHS_by_Raju_Kasambe_DSC_2456_(18)_09.jpg
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