Warming threatens habitat suitability and breeding occupancy of rear-edge alpine bird specialists

Alpine ecosystems are particularly vulnerable to climate change. For widely distributed alpine specialists, rear-edge populations are disproportionately important; it is expected that climate change will reduce their occupancy ranges due to the loss of suitable habitats and connectivity among them. Using four alpine bird species inhabiting the southwestern Palearctic as models, we aim to study which and how environmental factors influence habitat suitability, identify mountain areas with suitable habitat, estimate the probabilities of hosting breeding populations for these areas, and predict how habitat suitability and breeding occupancy will change under future climate scenarios. We used a species distribution modeling approach to obtain habitat suitability maps for four biological seasons and assessed the importance and effects of climatic and landscape variables for the studied species. We also assessed the probability of occupancy of potential breeding patches using available systematic distribution data, and projected our habitat suitability and occupancy models to future climate conditions. Our results indicated that the habitat suitability of rear-edge alpine specialists was limited mainly by climatic factors, restricting their suitable areas to the highest mountains where cold climate persist. The actual occupancy of the potential breeding patches was determined by their size, landscape connectivity and habitat quality. For the period 2041-2060 we predicted a substantial reduction of suitable habitats that varied across seasons and species, and a breeding occupancy range loss that varied across mountain ranges and species. Thus, these alpine bird species, currently not considered as threatened, merit a review of their conservation status. Common distribution patterns and potentially similar responses to climatic change suggest that our findings might be applicable for other rear-edge alpine species. Our study identified specific mountain systems where research and conservation efforts should focus for the conservation of alpine biodiversity in the southwestern Palearctic.
Methods
We obtained the largest proportion of occurrence records from collaborative portals (85%), including eBird citizen science initiative (www.ebird.org, Sullivan et al., 2009); the Global Biodiversity Information Facility (www.gbif.net, GBIF Data Portal) and Ornitho websites maintained by Institut Català d’Ornitolgia (www.ornitho.cat), Sociedad de Ciencias Aranzadi (www.ornitho.eus) and Ligue de Protection des Oiseaux (www.ornitho.fr). We tried to avoid large scale spatial bias in survey effort by complementing the initial database with additional records from the areas with fewer information, extracted from published and on-line bird reports (9 %) and also from unpublished private databases (6 %), including data of the authors (see Table below). We kept only those records from 1995 to 2015 including location (coordinates or place names), spatial resolution (minimum precision of 1km), date and type of observation. Finally, we plotted all records on aerial photo imagery and remove those observations that could have been wrongly recorded or represent very rare events, based on the species ecology.

Species
Author's data
Private database
Bird reports*
Ornitho
EBird
GBIF
Total

Montifringilla nivalis
34
6
175
997
52
34
1298

Breeding
18
3
57
301
24
11
414

Post-breeding
7
3
36
183
6
5
240

Wintering
6

52
309
14
1
382

Pre-breeding
3

30
204
8
17
262

Prunella collaris
133
243
318
1706
249
10
2659

Breeding
33
84
17
283
69
3
489

Post-breeding
28
47
55
374
45
1
550

Wintering
57
59
178
756
76
4
1130

Pre-breeding
15
53
68
293
59
2
490

Pyrrhocorax graculus
230
5
157
1558
141
251
2342

Breeding
75
3
25
482
52
83
720

Post-breeding
54

35
391
34
57
571

Wintering
59
1
54
293
18
27
452

Pre-breeding
42
1
43
392
37
84
599

Tichodroma muraria
49
1
239
1211
57
53
1610

Breeding
24

41
148
9
15
237

Post-breeding
6
1
47
313
18
18
403

Wintering
13

95
531
14
8
661

Pre-breeding
6

56
219
16
12
309

Anthus spinoletta
36
17
191
2153
405
46
2848

Breeding
10

19
455
65
8
557

Post-breeding
13
2
52
550
95
11
723

Wintering
13
7
59
621
149
16
865

Pre-breeding

8
61
527
96
11
703

Phoenicurus ochruros
93
28
222
843
2234
282
3702

Breeding
21

36
172
420
53
702

Post-breeding
6
6
59
173
540
43
827

Wintering
9
14
59
268
650
74
1074

Pre-breeding
57
8
68
230
624
112
1099

Total
575
300
1302
8468
3138
676
14459

References for bird reports used in this study as presence records source

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