Winter range shifts and their associations with species traits are heterogeneous in eastern North American birds

ABSTRACT Many species' distributions are shifting in response to climate change. Many distributional shifts are predictably poleward or higher in elevation, but heterogeneity in the rate and direction of shifts both within and between species appears to be common. We found high heterogeneity in the trajectory of winter range shifts for 65 species of birds across eastern North America and in the different traits and trait interactions associated with these shifts across the spatial scales we examined. We used data from the Christmas Bird Count to quantify the trajectory of winter latitudinal center of abundance range shifts over 4 decades (1980–2019) for 65 species of songbirds and woodpeckers in North America, both across eastern North America (ENA) as a whole and for the Atlantic (ATL) and Mississippi (MISS) flyways separately. We then used linear models and Akaike's Information Criterion with small-sample size correction (AICc) model selection to test whether species traits could explain variation in range shifts or flyway discrepancies. Across ENA, most species showed northward latitudinal range shifts, but some showed no latitudinal shift while others shifted southwards. Amongst ATL and MISS, we documented both within- and between-species differences in the rate and direction of latitudinal shifts, complicating the results from across ENA. No single trait emerged as a dominant driver of range shift differences at the ENA and flyway scales. Migration strategy interacted with insectivory to explain variation at the largest spatial scale (ENA), whereas frugivory and mean winter latitude explained much of the variation in ATL and MISS, respectively. Exploring heterogeneity in range shifts within and between species, and in the associations between range shifts and life history traits, will help us better understand the mechanisms that mediate differing responses to environmental change and predict which species will be better able to adapt to those changes. LAY SUMMARY Species are shifting their distributions due to recent climate change, but variation in these shifts, and the influence of species traits, are not well understood. We quantified the rate and direction of recent winter range shifts for 65 species of eastern North American birds and compared within- and between-species variation. Additionally, we explored if species traits (migratory strategy, winter diet, and winter geography) can explain variation in range shifts across different spatial scales. Most species moved northward during this 40-year time period, but there was wide variation both between species and within species between the eastern flyways. We found that across eastern North America, short-distance migrants tended to shift at higher rates than residents and moderate-distance migrants, but the level of insectivory was also important. At the flyway level, frugivory and migration strategy were important variables explaining shifts along the Atlantic flyway, whereas winter geography and migratory strategy were more important in the Mississippi flyway. RESUMEN Muchas distribuciones de especies están cambiando en respuesta al cambio climático. Muchos desplazamientos de distribución ocurren predeciblemente hacia el polo o hacia mayores altitudes, pero la heterogeneidad en la velocidad y dirección de los desplazamientos tanto dentro de una misma especie como entre especies parece ser común. Encontramos una alta heterogeneidad en la trayectoria de los desplazamientos del rango invernal para 65 especies de aves en todo el este de América del Norte y en las diferentes características e interacciones de las características asociadas con estos desplazamientos en las escalas espaciales que examinamos. Utilizamos datos del Conteo de Aves de Navidad para cuantificar la trayectoria de los desplazamientos latitudinales invernales en el rango del centro de abundancia durante 4 décadas (1980–2019) para 65 especies de aves canoras y pájaros carpinteros en América del Norte, tanto a través de todo el este de América del Norte (EAN) como en las rutas migratorias del Atlántico (ATL) y del Mississippi (MISS) por separado. Luego utilizamos modelos lineales y el Criterio de Información de Akaike con corrección para muestras pequeñas (CIAc) para seleccionar modelos y probar si las características de las especies podrían explicar la variación en los desplazamientos del rango o las discrepancias en las rutas migratorias. A través del EAN, la mayoría de las especies mostraron desplazamientos del rango latitudinal hacia el norte, pero algunas no mostraron cambios latitudinales mientras que otras se desplazaron hacia el sur. Entre las rutas migratorias de ATL y MISS, documentamos diferencias tanto dentro como entre especies en la velocidad y dirección de los cambios latitudinales, lo que complica los resultados a través del EAN. Ninguna característica individual surgió como un factor dominante en las diferencias en los desplazamientos del rango a las escalas del EAN y de las rutas migratorias. La estrategia de migración interactuó con la insectivoría para explicar la variación a la escala espacial más grande (EAN), mientras que la frugivoría y la latitud media en invierno explicaron gran parte de la variación en las rutas migratorias de ATL y MISS, respectivamente. Explorar la heterogeneidad en los desplazamientos del rango dentro y entre especies, y en las asociaciones entre los desplazamientos del rango y las características de la historia de vida, nos ayudará a entender mejor los mecanismos que intervienen en las diferentes respuestas al cambio ambiental y a predecir qué especies serán capaces de adaptarse mejor a esos cambios.