Hierarchical Bayesian model reveals the distributional shifts of Arctic marine mammals

Show full item record



Permalink

http://hdl.handle.net/10138/248738

Citation

Mäkinen , J & Vanhatalo , J 2018 , ' Hierarchical Bayesian model reveals the distributional shifts of Arctic marine mammals ' , Diversity and Distributions , vol. 24 , no. 10 , pp. 1381-1394 . https://doi.org/10.1111/ddi.12776

Title: Hierarchical Bayesian model reveals the distributional shifts of Arctic marine mammals
Alternative title: Hierarkkinen Bayes-malli osoittaa Arktisten merinisäkkäiden levinneisyyksien muutokset
Author: Mäkinen, Jussi; Vanhatalo, Jarno
Contributor organization: Research Centre for Ecological Change
Environmental and Ecological Statistics Group
Organismal and Evolutionary Biology Research Programme
Department of Mathematics and Statistics
Date: 2018-10
Language: eng
Number of pages: 14
Belongs to series: Diversity and Distributions
ISSN: 1366-9516
DOI: https://doi.org/10.1111/ddi.12776
URI: http://hdl.handle.net/10138/248738
Abstract: Kehitimme menetelmän erilaisten avointen aineistojen, kuten julkaistujen artikkelien ja tietokantojen, käyttämiseen analysoidaksemme arktisten merinisäkkäiden levinneisyyksiä. Menetelmän avulla arvioimme ympäristön vaikutusta lajien levinneisyydelle sekä levinneisyyksien mahdollisia muutoksia havaittujen ympäristömuutosten seurauksena. Tutkimus toteutettiin Karan Merellä, joka on yksi arktisista reunameristä. Etsimme avoimista aineistosta havaintotietoja jääkarhuista (Ursus maritimus), mursuista (Odobenus rosmarus rosmarus) ja norpista (Phoca hispida). Paikansimme havainnot ja analysoimme lajien esiintymistiheytta Poissonin pisteprosessimallilla. Vaihtelevan laatuinen aineisto ei sisältänyt tietoa lähdetutkimusten havaintoprosessista, minkä vuoksi pystyimme mallintamaan ainoastaan lajien esiintymistiheyden suhteessa tuntemattomaan havaintointensiteettiin. Selitimme lajien suhteellista esiintymistiheyttä ympäristömuuttujilla ja satunnaismuuttujilla, joista jälkimmäiset kuvastavat esiintymistiheyden satunnaisvaihtelua ajassa ja tilassa sekä suhteessa satunnaiseen havainnointi-intensiteettiin. Jääkarhujen esiintymistiheyttä selitimme myös norppien ennustetulla esiintymistiheydellä jääkarhujen havaintopisteissä. Merijään tiheys ja havaintojen etäisyys rannikosta olivat tärkeimpiä selittäviä ympäristömuuttujia jokaisen lajin kohdalla. Hylkeiden esiintymistiheys oli tärkein muuttuja selittämään jääkarhujen esiintymistiheyttä. Merijään tiheyden heikkeneminen 17-vuotisen tutkimusjakson aikana vaikutti lajien esiintymistiheyksiin siten, että mursujen ja jääkarhujen tiheys pysyi vakaana tai heikkeni hieman, kun taas norppien tiheys laski itäisellä ja kasvoi läntisellä Karan Merellä. Pisteprosessimalli on vakaa menetelmä lajien levinneisyyksien arvioimiseen perustuen vaihtelevan laatuisiin havaintoihin. Menetelmä tarjoaa sijainnista riippumattomasti luotettavaa tietoa ekosysteemeistä ja tarjoaa työkaluja suojelutoimintaan arktisella. Tuloksemme osoittivat, että yksinkertaisessa ravintoverkossa saalistajalajin levinneisyys selittyy paremmin saalislajien levinneisyydellä kuin ympäristömuuttujilla. Heikkenevä merijää on ilmeinen syy merinisäkkäiden levinneisyyksien muutoksiin arktisella alueella.Aim Our aim involved developing a method to analyse spatiotemporal distributions of Arctic marine mammals (AMMs) using heterogeneous open source data, such as scientific papers and open repositories. Another aim was to quantitatively estimate the effects of environmental covariates on AMMs’ distributions and to analyse whether their distributions have shifted along with environmental changes. Location Arctic shelf area. The Kara Sea. Methods Our literature search focused on survey data regarding polar bears (Ursus maritimus), Atlantic walruses (Odobenus rosmarus rosmarus) and ringed seals (Phoca hispida). We mapped the data on a grid and built a hierarchical Poisson point process model to analyse species’ densities. The heterogeneous data lacked information on survey intensity and we could model only the relative density of each species. We explained relative densities with environmental covariates and random effects reflecting excess spatiotemporal variation and the unknown, varying sampling effort. The relative density of polar bears was explained also by the relative density of seals. Results The most important covariates explaining AMMs’ relative densities were ice concentration and distance to the coast, and regarding polar bears, also the relative density of seals. The results suggest that due to the decrease in the average ice concentration, the relative densities of polar bears and walruses slightly decreased or stayed constant during the 17‐year‐long study period, whereas seals shifted their distribution from the Eastern to the Western Kara Sea. Main conclusions Point process modelling is a robust methodology to estimate distributions from heterogeneous observations, providing spatially explicit information about ecosystems and thus serves advances for conservation efforts in the Arctic. In a simple trophic system, a distribution model of a top predator benefits from utilizing prey species’ distributions compared to a solely environmental model. The decreasing ice cover seems to have led to changes in AMMs’ distributions in the marginal Arctic region.
Subject: 1181 Ecology, evolutionary biology
112 Statistics and probability
Arctic marine mammals
data integration
extensive transect survey
hierarchical Bayesian modelling
Poisson point process
species distribution
PRESENCE-ONLY DATA
SPECIES DISTRIBUTION MODELS
BEARS URSUS-MARITIMUS
POINT PROCESS MODELS
CHANGING SEA-ICE
POLAR BEARS
CLIMATE-CHANGE
HABITAT SELECTION
PHOCA-HISPIDA
RINGED SEAL
Arctic marine mammals
data integration
extensive transect survey
hierarchical Bayesian modelling
Poisson point process
species distribution
PRESENCE-ONLY DATA
SPECIES DISTRIBUTION MODELS
BEARS URSUS-MARITIMUS
POINT PROCESS MODELS
CHANGING SEA-ICE
POLAR BEARS
CLIMATE-CHANGE
HABITAT SELECTION
PHOCA-HISPIDA
RINGED SEAL
Peer reviewed: Yes
Rights: cc_by
Usage restriction: openAccess
Self-archived version: publishedVersion
Funder: SUOMEN AKATEMIA
Grant number:


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Makinen_et_al_2 ... tics_of_marine_mammals.pdf 1015.Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record