改进蝙蝠的声学监测如何有助于保护生物多样性

为了评估蝙蝠在风力涡轮机上死亡的风险，通常的做法是在转子叶片的工作范围内记录蝙蝠的声学活动。为此，在桅杆顶部的机舱上安装了超声波探测器。在最近的一项分析中，由莱布尼茨动物园和野生动物研究所 (Leibniz-IZW) 领导的一组科学家得出结论，这种声学监测的有效性不足以可靠地预测死亡风险，尤其是对于大型涡轮机中的蝙蝠。因此，他们建议在风力涡轮机的其他位置安装辅助超声波探测器，并开发其他技术，如雷达和热成像摄像机进行监控。他们的分析结果发表在科学杂志《哺乳动物评论》上。

风能是一种广泛用于发电的可再生能源。风能的一个缺点是许多蝙蝠在与风力涡轮机的转子叶片碰撞时死亡。这是保护的紧迫问题，因为所有蝙蝠物种都因其稀有性而受到法律保护。为了找出风力涡轮机的运行何时对蝙蝠构成威胁，何时不会，确定了蝙蝠在涡轮机上特别活跃的温度和风力条件。为此，当蝙蝠飞入转子叶片附近的危险区域时，它们的回声定位呼叫会被记录下来。由此，可以为风力涡轮机的蝙蝠安全操作推导出风速和温度的阈值。然后，风力涡轮机仅在没有或只有少数蝙蝠活动时才发电。

“这种方法是一个很好的起点。然而，它的方法实施往往是不够的，特别是对于大型风力涡轮机，”蝙蝠专家 Christian Voigt 博士、莱布尼茨-IZW 进化生态学系主任以及来自德国的同事总结道。蝙蝠协会 (Bundesverband für Fledermauskunde Deutschland)、那不勒斯费德里科二世大学、布里斯托大学和马克斯普朗克鸟类学研究所在一份联合出版物中。风力涡轮机机舱上的自动超声波探测器通常用于声学监测。这些记录了传球蝙蝠的叫声。“每个蝙蝠物种都会以该物种典型的音高和音量产生回声定位声音，”Voigt 解释说。他和他的同事以常见的小圆头为例模拟了声音传播，具有低频(约 20 kHz)但具有高声压级(110 dB)的叫声，以及 Nathusius's pipistrelle，具有较高频率(约 40 kHz)和较低声压级(104 dB)的叫声。“我们的模拟表明，根据物理定律，当它们在空气中传播时，声音随着每米的距离衰减，对于普通小头，每米衰减 0.45 dB，对于 Nathusius 的 pipistrelle，衰减每米 1.13 dB，”Voigt 说。超声波检测器广泛使用的检测阈值为 60 dB，可在最远 40 m 的呼叫距离内记录常见小球的呼叫。对于 Nathusius's pipistrelle，探测范围平均为 17 m。最大距离都不足以完全覆盖大型风力涡轮机的危险区域。

蝙蝠的声纳波束也意味着回声定位呼叫不会向所有方向均匀传播，而是优先向飞行方向的前方传播。如果蝙蝠没有直接飞向麦克风，则计算出的检测范围会进一步减小。此外，超声波探测器通常安装在机舱的下侧，因此麦克风指向下方。因此不会记录机舱上方的蝙蝠呼叫。重点是危险区域的下半部分，尽管蝙蝠也可以在上半部分找到。

“在转子叶片长度为 60 m 的风力涡轮机中，探测器最多只能覆盖常见小球的 23% 的风险区域，而 Nathusius's pipistrelle 的风险区域最多只能覆盖 4%，这两种具有高与涡轮机相撞的风险。对于现代风力涡轮机，转子叶片的长度不断增加，因此未来的相对覆盖范围会更低，”文章的第一作者 Voigt 说。因此，现有的声学监测措施不能充分反映碰撞风险。因此，关闭风力涡轮机以保护蝙蝠的条件不足，因此许多动物继续死亡。

为了提高转子叶片风险区域的覆盖率，科学家们建议在其他位置安装额外的探测器，例如在机舱的背风侧上方和背风侧。为了同时检测在涡轮机桅杆上盘旋的蝙蝠，还建议直接在桅杆上安装超声波探测器。这也将记录在地面以上较低高度飞行或从桅杆表面收集昆虫的动物。雷达系统或热成像相机等补充传感器技术可以提供额外的信息。

根据录音，顾问和研究人员可以确定蝙蝠种类并评估它们在哪些条件下(温度、一天中的时间、风力强度)最活跃。有了这些信息，就可以描述在蝙蝠活动特别频繁的时候限制风力涡轮机运行的条件，从而降低死亡的风险。“通过合适的监测计划，可以有效地调整风力涡轮机的运行，以确保风能生产不会以牺牲生物多样性为代价，”Voigt 总结道。