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Modelling the ecological niche of cetaceans : new perspectives and applications
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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| Resumo, Índice, Introdução | 1.25 MB | Adobe PDF | ||
| Documento Principal | 56.51 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
O uso de modelos de distribuição é hoje em dia uma prática muito comum e bem estabelecida, com grande aplicação nos campos de gestão e conservação da natureza. Existem, no entanto, muitas preocupações sobre a validade dos resultados obtidos com estes procedimentos. Este facto é ainda mais preocupante quando os trabalhos são realizados no meio marinho. Este meio pode apresentar um grande dinamismo, com mudanças muito súbitas das condições ambientais, o que pode influenciar a distribuição das espécies duma forma muito rápida. Nesta tese de doutoramento são apresentados estudos destinados a melhorar a construção de modelos de distribuição para cetáceos em habitats oceânicos. Num primeiro capítulo é feita uma introdução teórica aos conceitos da modelização do nicho ecológico, conjuntamente com um estado da arte. Uma breve caracterização oceanográfica da área onde foram feitos os estudos (Arquipélago dos Açores, Portugal) é apresentada no capitulo 2. Seguidamente é feita uma descrição detalhada dos dados que foram usados para a elaboração desta tese (capitulo 3), sendo classificados em dados de ocorrências e dados ambientais. Duas tipologias de dados de ocorrências foram usadas: (1) dados obtidos com uma amostragem sistemática a traves de transectos dedicados e (2) dados recolhidos duma forma oportunista nas atividades comerciais de observação de cetáceos, a traves da plataforma MONICET. As metodologias de recolha e armazenamento de dados são descritas neste mesmo capítulo. Duas tipologias de variáveis ambientais foram usadas: (1) variáveis que não apresentam grande variabilidade temporal ou estáticas (relacionadas com características batimétricas) e (2) variáveis que apresentam uma grande variabilidade temporal ou dinâmicas (relacionadas com variáveis oceanográficas). No capítulo 4 é apresentado um estudo teórico para testar qual é a melhor resolução temporal das variáveis ambientais e dos dados a ser usada na construção de modelos de nicho ecológico no meio marinho. Foram construídas espécies virtuais baseadas na bibliografia existente o que permitiu testar os efeitos de usar diferentes resoluções temporais (diária, semanal e mensal) das variáveis ambientais. Dois algoritmos de modelização foram usados:(1) “Generalized Linear Models” e (2) “Generalized Boosted Models”. Os resultados mostraram que o uso de médias de 8 dias das variáveis ambientais oceanográficas produz os melhores resultados para as espécies cuja distribuição é condicionada por elas. Os dados armazenados na plataforma MONICET foram usados no capítulo 5 para testar métodos de modelização do habitat. Um total de 7 anos de dados de avistamentos para a ilhas de São Miguel, Pico, Faial e Terceira (Açores, Portugal) foram usados para construir os modelos, usando para esta finalidade o algoritmo MAXENT. Foi proposto um novo método para corrigir o enviesamento associado a estes dados, baseado num índice de detetabilidade e numa área mínima amostrada. No mesmo estudo foram testadas diferentes resoluções espaciais e temporais. Os resultados obtidos demonstram que para a maioria das espécies testadas (8 de 10) é possível obter modelos de distribuição bons ou mesmo excelentes. A correção do enviesamento aplicada provou ser útil, melhorando a capacidade preditiva dos modelos em todos os casos. A resolução temporal demonstrou ser importante, obtendo diferentes efeitos dependendo da espécie estudada. Desta forma, para as espécies altamente dinâmicas tais como os golfinhos oceânicos, o uso de médias de 8 dias produziram melhores resultados, enquanto que para as espécies mais dependentes de variáveis estáticas, tais como os mergulhadores profundos, a diferença entre os cenários temporais foi mínima. Os resultados desta tese serão úteis para melhorar os modelos de distribuição para cetáceos, assim como para outras espécies marinhas com grande mobilidade.
ABSTRACT: The use of species distribution models (SDMs) is a well-established practice for management and conservation procedures. However there are still many concerns regarding the applicability of the results obtained following these procedures. Specifically, marine ecosystems can present a high dynamism rate, with very fast changes of environmental conditions which correspondingly might influence the distribution of many species. This thesis presents studies analysing and testing hypothesis related with SDMs for marine cetaceans in oceanic habitats. In the first chapter a general introduction of the ecological niche modelling field is presented with a review of current methods and new directions for cetacean niche modelling. Following the introduction, a short characterization of the study area (Azores Archipelago, Portugal) is presented in chapter 2. Chapter 3 presents the environmental and occurrences data used in the subsequent chapters of the thesis. Two kinds of occurrences data were used: (1) systematic data collected on transects and (2) opportunistic data collected from commercial whale watching activities, stored in the MONICET platform. Data collection methodologies and storage are presented in this chapter. The environmental data used in this thesis can also be divided into two main categories: (1) ‘static’ variables with little or no temporal variability (generally related with bathymetric characteristics) and (2) ‘dynamic’ variables with high temporal variability (related with oceanographic processes). In the chapter 4 a theoretical analysis is used to test the potential effects of different temporal resolutions for selected environmental variables. Virtual species were constructed based on existing knowledge for several cetacean species, which allowed a test of the effects of grouping environmental variables into different temporal grains (daily, weekly and monthly). Two modelling algorithms were used: (1) Generalized Linear Models and (2) Generalized Boosted Models. Results showed that an 8-day resolution for the oceanographic variables produced the best results for species whose distribution is most affected by them. Data stored at MONICET was used in chapter 5, to test different niche modelling techniques. Using seven years of sightings in São Miguel, Pico, Faial and Terceira islands (Azores, Portugal) niche models were constructed using the MAXENT algorithm. A sampling bias correction for presence-background modelling procedures was applied, based on a bespoke detectability index. Different spatial and temporal resolutions were also tested. Results exceeded expectations, as the models showed good or excellent predictive capabilities for 8 of the 10 cetacean species studied. The sampling bias correction method improved the predictive capability in all cases. The importance of temporal grain size selection varied, depending on the species studied. Highly dynamic species (such as small oceanic delphinids) produced the best results with 8-days grain size, while for more “static” species (such as deep-diving species) the difference between using a monthly and an 8-day temporal resolution was small. The findings of the present thesis will improve the development of species distribution models for cetaceans and other highly mobile marine species.
ABSTRACT: The use of species distribution models (SDMs) is a well-established practice for management and conservation procedures. However there are still many concerns regarding the applicability of the results obtained following these procedures. Specifically, marine ecosystems can present a high dynamism rate, with very fast changes of environmental conditions which correspondingly might influence the distribution of many species. This thesis presents studies analysing and testing hypothesis related with SDMs for marine cetaceans in oceanic habitats. In the first chapter a general introduction of the ecological niche modelling field is presented with a review of current methods and new directions for cetacean niche modelling. Following the introduction, a short characterization of the study area (Azores Archipelago, Portugal) is presented in chapter 2. Chapter 3 presents the environmental and occurrences data used in the subsequent chapters of the thesis. Two kinds of occurrences data were used: (1) systematic data collected on transects and (2) opportunistic data collected from commercial whale watching activities, stored in the MONICET platform. Data collection methodologies and storage are presented in this chapter. The environmental data used in this thesis can also be divided into two main categories: (1) ‘static’ variables with little or no temporal variability (generally related with bathymetric characteristics) and (2) ‘dynamic’ variables with high temporal variability (related with oceanographic processes). In the chapter 4 a theoretical analysis is used to test the potential effects of different temporal resolutions for selected environmental variables. Virtual species were constructed based on existing knowledge for several cetacean species, which allowed a test of the effects of grouping environmental variables into different temporal grains (daily, weekly and monthly). Two modelling algorithms were used: (1) Generalized Linear Models and (2) Generalized Boosted Models. Results showed that an 8-day resolution for the oceanographic variables produced the best results for species whose distribution is most affected by them. Data stored at MONICET was used in chapter 5, to test different niche modelling techniques. Using seven years of sightings in São Miguel, Pico, Faial and Terceira islands (Azores, Portugal) niche models were constructed using the MAXENT algorithm. A sampling bias correction for presence-background modelling procedures was applied, based on a bespoke detectability index. Different spatial and temporal resolutions were also tested. Results exceeded expectations, as the models showed good or excellent predictive capabilities for 8 of the 10 cetacean species studied. The sampling bias correction method improved the predictive capability in all cases. The importance of temporal grain size selection varied, depending on the species studied. Highly dynamic species (such as small oceanic delphinids) produced the best results with 8-days grain size, while for more “static” species (such as deep-diving species) the difference between using a monthly and an 8-day temporal resolution was small. The findings of the present thesis will improve the development of species distribution models for cetaceans and other highly mobile marine species.
Description
Tese de Doutoramento, Biologia, 30 de janeiro de 2018, Universidade dos Açores.
Keywords
Biologia Marinha Cetáceos Distribuição Geográfica Ecologia Marinha Nicho Ecológico Oceanografia Açores Cetacean Niche Marine Biology Oceanic Habitats Azores
Citation
Fernández Morrón, Marc. "Modelling the ecological niche of cetaceans: new perspectives and applications". 2018. 192 p.. (Tese de Doutoramento em Biologia). Ponta Delgada: Universidade dos Açores, 2017. [Consult. Dia Mês Ano]. Disponível em www:<http://hdl.handle.net/10400.3/4670>.