Has Prey Availability for Arctic Birds Advanced with Climate Change? Hindcasting the Abundance of Tundra Arthropods Using Weather and Seasonal Variations

• Published in: ARCTIC
• Main Authors: Tulp, Ingrid, Schekkerman, Hans
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 2009
• Subjects: climate change; arthropods; Siberia; timing of breeding; phenology; Arctic birds; changement climatique; arthropodes; Sibérie; choix du moment de la reproduction; phénologie; oiseaux de l’Arctique; Arctic; Arctique*; Climate change; Taimyr; toundra; Tundra
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63077

Of all climatic zones on earth, Arctic areas have experienced the greatest climate change in recent decades. Predicted changes, including a continuing rise in temperature and precipitation and a reduction in snow cover, are expected to have a large impact on Arctic life. Large numbers of birds breed on the Arctic tundra, and many of these, such as shorebirds and passerines, feed on arthropods. Their chicks depend on a short insect population outburst characteristic of Arctic areas. To predict the consequences of climate change for reproduction in these birds, insight into arthropod phenology is essential. We investigated weather-related and seasonal patterns in abundance of surface-active arthropods during four years in the tundra of NW Taimyr, Siberia. The resulting statistical models were used to hindcast arthropod abundance on the basis of a 33-year weather dataset collected in the same area. Daily insect abundance was correlated closely with date, temperature, and, in some years, with wind and precipitation. An additional correlation with the number of degree-days accumulated after 1 June suggests that the pool of potential arthropod recruits is depleted in the course of the summer. The amplitude of short-term, weather-induced variation was as large as that of the seasonal variation. The hindcasted dates of peak arthropod abundance advanced during the study period, occurring seven days earlier in 2003 than in 1973. The timing of the period during which birds have a reasonable probability of finding enough food to grow has changed as well, with the highest probabilities now occurring at earlier dates. At the same time, the overall length of the period with probabilities of finding enough food has remained unchanged. The result is an advancement of the optimal breeding date for breeding birds. To take advantage of the new optimal breeding time, Arctic shorebirds and passerines must advance the start of breeding, and this change could affect the entire migratory schedule. Because our analyses are based on a single site, we cannot conclude that this is a general pattern for the entire Arctic. To investigate the generality of this pattern, our approach should be applied at other sites too. De toutes les zones climatiques de la Terre, ce sont les régions de l’Arctique qui ont enregistré le plus grand changement climatique au cours des dernières décennies. Les changements prévus, qui comprennent notamment l’augmentation continue des températures et des précipitations de même que la diminution de la couverture de neige, devraient avoir de grandes incidences sur la vie de l’Arctique. De grandes quantités d’oiseaux se reproduisent sur la toundra de l’Arctique, et beaucoup d’entre eux, tels que les oiseaux de rivage et les passériformes, se nourrissent d’arthropodes. Leurs oisillons dépendent d’une courte affluence de population d’insectes, ce qui est caractéristique des régions arctiques. Afin de prévoir les conséquences du changement climatique sur la reproduction de ces oiseaux, il faut absolument se familiariser avec la phénologie des arthropodes. Nous avons examiné les modèles météorologiques et saisonniers dans les cas d’abondance d’arthropodes actifs à la surface pendant une période de quatre ans dans la toundra du nord-ouest de Taimyr, en Sibérie. Les modèles statistiques qui en ont découlé ont permis de faire des simulations rétrospectives de l’abondance des arthropodes en fonction d’un ensemble de données météorologiques échelonnées sur 33 ans, données qui avaient été recueillies dans cette même région. L’abondance des insectes au quotidien a été étroitement corrélée avec la date, la température et, pour certaines années, le vent et les précipitations. Une autre corrélation avec le nombre de degrés-jours accumulés après le 1er juin laisse croire que le bassin de recrues possibles d’arthropodes s’épuise dans le courant de l’été. L’amplitude de la variation à court terme attribuable aux conditions atmosphériques était aussi considérable que la variation saisonnière. Les dates de simulation rétrospective des périodes d’abondance de pointe chez les arthropodes ont avancé pendant la période visée par l’étude, se manifestant ainsi sept jours plus tôt en 2003 qu’en 1973. La répartition dans le temps de la période pendant laquelle les oiseaux ont une probabilité raisonnable de trouver suffisamment de nourriture pour grandir a également changé, les probabilités les plus fortes se manifestant maintenant plus tôt. Pour sa part, la durée générale de la période comportant des probabilités de trouver suffisamment de nourriture est demeurée inchangée. Cela donne donc lieu à l’avancement de la date optimale de reproduction pour les oiseaux nicheurs. Pour profiter de la nouvelle période de reproduction optimale, les oiseaux de rivage de l’Arctique et les passériformes doivent faire avancer le début de la période de reproduction, ce qui veut dire que ce changement pourrait avoir des effets sur tout le calendrier de migration. Puisque nos analyses ne sont fondées que sur un seul emplacement, nous ne pouvons pas en conclure qu’il s’agit là d’un modèle général pour l’Arctique dans son ensemble. Afin de déterminer la généralité de ce modèle, notre démarche devrait également être appliquée à d’autres emplacements.