Population Dynamics of Hawaiian Seabird Colonies Vulnerable to Sea-Level Rise

Globally, seabirds are vulnerable to anthropogenic threats both at sea and on land. Seabirds typically nest colonially and show strong fidelity to natal colonies, and such colonies on low-lying islands may be threatened by sea-level rise. We used French Frigate Shoals, the largest atoll in the Hawaiian Archipelago, as a case study to explore the population dynamics of seabird colonies and the potential effects sea-level rise may have on these rookeries. We compiled historic observations, a 30-year time series of seabird population abundance, lidar-derived elevations, and aerial imagery of all the islands of French Frigate Shoals. To estimate the population dynamics of 8 species of breeding seabirds on Tern Island from 1980 to 2009, we used a Gompertz model with a Bayesian approach to infer population growth rates, density dependence, process variation, and observation error. All species increased in abundance, in a pattern that provided evidence of density dependence. Great Frigatebirds (Fregata minor), Masked Boobies (Sula dactylatra), Red-tailed Tropicbirds (Phaethon rubricauda), Spectacled Terns (Onychoprion lunatus), and White Terns (Gygis alba) are likely at carrying capacity. Density dependence may exacerbate the effects of sea-level rise on seabirds because populations near carrying capacity on an island will be more negatively affected than populations with room for growth. We projected 12% of French Frigate Shoals will be inundated if sea level rises 1 m and 28% if sea level rises 2 m. Spectacled Terns and shrub-nesting species are especially vulnerable to sea-level rise, but seawalls and habitat restoration may mitigate the effects of sea-level rise. Losses of seabird nesting habitat may be substantial in the Hawaiian Islands by 2100 if sea levels rise 2 m. Restoration of higher-elevation seabird colonies represent a more enduring conservation solution for Pacific seabirds. Resumen: Globalmente, las aves marinas son vulnerables a amenazas antropogenicas tanto en el mar como en tierra. Las aves marinas tipicamente anidan en colonias y muestran alta fidelidad a las colonias natales, y tales colonias en islas de baja elevacion pueden ser amenazadas por el incremento del nivel del mar. Utilizamos French Frigate Shoals, el mayor atolon en el Archipielago Hawaiano, como un estudio de caso para explorar la dinamica poblacional de colonias de aves marinas y los efectos potenciales que puede tener el incremento del nivel del mar sobre estas colonias. Compilamos observaciones historicas, una serie de tiempo de 30 anos de la abundancia de poblaciones de aves marinas, elevaciones e imagenes aereas de todas las islas de French Frigate Shoals. Para estimar la dinamica poblacional de 8 especies de aves marinas que se reprodujeron en la Isla Tern de 1980 a 2009, utilizamos un modelo Gompertz con un metodo Bayesiano para inferir las tasas de crecimiento poblacional, la densodependencia, la variacion del proceso y el error de observacion. Todas las especies incrementaron en abundancia, en un patron que proporciono evidencia de la densodependencia. Es probable que Fregata minor, Sula dactylatra, Phaeton rubricauda, Onychoprion lunatus y Gygis alba se encuentren en capacidad de carga. La densodependencia puede exacerbar los efectos del incremento del nivel del mar sobre aves marinas porque las poblaciones cercanas a la capacidad de carga en una isla seran mas afectadas que poblaciones con espacio para crecer. Proyectamos que 12% de French Frigate Shoals se inundara si el nivel del mar incrementa 1 m y 28% si el nivel del mar incrementa 2 m. Onychoprion lunatus y especies que anidan en arbustos son especialmente vulnerables al incremento del nivel de mar, pero diques y la restauracion de habitat pueden mitigar los efectos del incremento del nivel del mar. Las perdidas de habitat para la anidacion de aves marinas puede ser sustancial en las Islas Hawaianas en 2100 si el nivel del mar incrementa 2 m. La restauracion de colonias de aves marinas en sitios mas elevados representa una solucion mas perdurable para la conservacion de aves marinas del Pacifico.