研究

北大西洋露脊鲸和娱乐之间遇到的风险船舶交通在美国东南部

• 文摘
• 介绍
• 方法
  • 研究区和数据收集
  • 数据分析
• 结果
  • 相对丰富的娱乐船只
  • 指数相对遇到北大西洋露脊鲸和娱乐船只的风险
• 讨论
  • 娱乐船相对丰度
  • 指数相对遇到风险
  • 管理的影响
• 对这篇文章
• 确认
• 数据可用性
• 文献引用

介绍

北大西洋露脊鲸(Eubalaena glacialis)是一种濒危物种,大约有465人(佩蒂斯et al . 2018年)。他们唯一的已知的地方是美国东南部的沿海水域(seu)。这个地区也经历了大量的船舶交通来自不同来源(如军事基地,航运港口、商业和娱乐船只),导致潜在的北大西洋露脊鲸和这些血管之间的邂逅。尽管先前的研究估计的相对概率相遇北大西洋露脊鲸和商业船只300总吨或更高(Ward-Geiger et al . 2005年,Fonnesbeck et al . 2008年,Vanderlaan et al . 2009年,Lagueux et al . 2011年),空间分布和重叠的信息娱乐船只(< 20米长)与北大西洋露脊鲸是有限的。与船舶碰撞< 20米已经记录了好几大鲸鱼物种,包括北大西洋露脊鲸,并且有可能是致命的(Laist et al . 2001年)。

虽然与船舶碰撞是死亡的主要原因为北大西洋露脊鲸(锋利的et al . 2019年),其他的短期和长期影响船舶活动北大西洋露脊鲸不太理解,特别是对于规模较小、休闲船只和内裂冰这些鲸鱼的地面。但是,先前的研究已经表明,vessel-related活动可能取代鲸鱼(Smultea Salden 1988年,1994年,Rowntree et al . 2001年)和修改他们的短期行为(例如,减少休息和社交时间和增加旅行时间)(Vermueulen et al . 2012年,伦德奎斯特et al . 2013年)。记录,鲸类动物行为的变化更加明显,频繁随着船舶数量的增加,他们的方法对鲸鱼成为近(Lusseau 2005年Haviland-Howell et al . 2007年,Timmel et al . 2008年,Chion 2011年Pennino et al . 2016年)。罗兰等人(2012)记录慢性压力的露脊鲸芬迪湾由于船舶低频噪声和沃特金斯(1986)报道不感兴趣或负面反应对船的露脊鲸科德角附近的交通。此外,一些研究发现,牛/小腿对有些鲸类物种展览空间偏好区域接近海岸,在较浅的水域,这可能会增加他们接触人为活动(1994年Smultea,辩护律师皇室法律顾问艾尔文·2004年最佳,费利克斯和波特罗2011)。值得注意的是,蒙特斯et al。(2016)估计,超过5000休闲船只活跃在佛罗里达州东北部和东南部的格鲁吉亚地区建在冬季(从12月到3月)当北大西洋露脊鲸。

许多监管措施来减轻干扰鲸鱼船(尤其是哺乳期妇女和小腿)。规则最重要的休闲划船(62 FR 6729)是违法的方法并保持在460米(500码)的北大西洋露脊鲸。在本研究的时间,几乎一半的休闲划船的人(47%;n= 359)说,他们见过露脊鲸在划船或海滩,超过一半(65%;n460 = 355)意识到规则(蒙特斯et al . 2018b)。然而,定量估计的北大西洋露脊鲸/娱乐船遇到稀缺,和对他们的时空分布。因此,本研究的重点是北大西洋露脊鲸估计的相对概率/娱乐船建和识别共存,月,北大西洋露脊鲸之间重叠的地方和娱乐船只。我们确定了北大西洋地区露脊鲸和娱乐船只很容易cooccur(代表指数相对遇到风险)建模空中目击计数的北大西洋露脊鲸和娱乐船只根据解释变量被认为影响他们的分布。

方法

研究区和数据收集

相对可能的北大西洋露脊鲸和娱乐船内共存的seu估计。研究区由13702 km²,范围从约31°34镑29°46在北航和81镑18°'w 80°29 'w以东(图1)。

对于我们的分析,我们使用所收集的数据的早期预警系统(EWS)在冬季(12月至3月)2009 - 2014。EWS,一个广泛的网络的空中飞行调查建北大西洋露脊鲸崩解和护理,提供每日时空北大西洋露脊鲸的位置信息和娱乐船只在该研究领域。在这项研究中,EWS飞平行,东西方轨道线,一般来说,相隔5.56公里(有关详细信息,请参阅延命菊,Ortega-Ortiz 2014;图1)。调查只飞在有利的天气条件下,针对至少3.7公里的可见性和波弗特海的3或更少。调查设计,使观察者(一个平面的两侧)记录北大西洋露脊鲸(s)的位置与精度大于娱乐船只。北大西洋露脊鲸被发现时,这架飞机转向从它的飞行航迹线直接在动物(s)和记录的坐标。相比之下,观察家只记录休闲船只的数量2.78公里的距离内两侧的当前(记录)位置的飞机维护课程在跑道上。标志指示的距离2.78公里从飞机上在目标调查海拔(305米)被放置在飞机上struts来帮助估计这段距离。船舶2.78公里之外没有记录,假设2.78公里内的所有娱乐船只被检测到。数据集的一个限制是没有信息识别单个血管,因此,它是不可能确定一个容器多次观察。 For the purpose of this study, recreational vessels comprise open fishing (center-console) boats, runabouts (speed boats, Cigarette, Scarab, etc.), offshore sport fishing boats, sailboats, charter and head boats, and yachts. In 2012, we estimated that the average length of recreational vessels transiting the area during the North Atlantic right whale calving season was 8 m (range = 4–21 m,n= 311)(蒙特斯et al . 2016年)。占研究区之间的差距和抽样的限制,一个网格(5.56 x 5.56公里细胞)覆盖到研究区在ArcGIS 10.6(2018年环境系统研究所(ESRI公司))。网格设计这样一个天线跟踪线平分的每个网格细胞研究领域等,每个细胞正是两次2.78公里距离内观察人士被要求检测血管(图1)。所有的地理层,我们使用了一个等距统一横轴墨卡托投影(UTM)。

数据分析

我们使用估计的相对北大西洋露脊鲸出现延命菊和Ortega-Ortiz (2014)。他们发现的概率观察北大西洋露脊鲸可以使用海表面温度(SST)建模,水深,调查,距离海岸,距离22°C SST等温线和互动的时间(即。,每半月一次)和北航(有关详细信息,请参阅延命菊,Ortega-Ortiz 2014)。北大西洋露脊鲸估计的相对发生概率是半月刊(大约2周)。然而,我们平均每半月一次估计在每个月来适应当前研究的每月的时间分辨率。

每月估计娱乐船丰富了使用广义可加模型(gam)应用于船舶目击和解释变量选择基于以前的研究。三组解释变量(表1)。因为只有数量有限的访问点,近海海域(图1),我们预期的地理位置(北航的形式,以东,每个网格单元形心的欧几里得距离最近的入口mouth-St的中心。玛丽、圣约翰或圣奥古斯丁入口)有一个重要的角色在描述海上休闲船只的分布(Sidman Fik 2005 Bauduin et al . 2013年,蒙特斯等。2018一个)。钓鱼是休闲船只的主要活动在佛罗里达,和娱乐船分布已经与目标鱼类的分布。Sidman et al。(2007)发现,73%的缆绳固定在布里瓦德县(毗邻我们的研究区)从事捕鱼活动。一些研究发现叶绿素浓度之间的联系一个、风场和渔业产量(墙等。2009年,Chang et al . 2012年,Radlinski et al . 2013年,Farrel et al . 2014年)。人工珊瑚礁也被证明影响休闲垂钓者的分布,因为他们增加捕鱼机会(布坎南1973年Bohnsack萨瑟兰1985 Bohnsack 1989)。受欢迎的鱼类休闲垂钓者的目标研究区红鼓鱼,发现seatrout,首领,鲯鳅鱼,现货,鲅鱼,蓝,大西洋嘎声,黄鳍鲷鱼,黑鲈鱼(国家海洋和大气管理局(NOAA)渔业、未发表的字幕新闻:https://www.fisheries.noaa.gov/resource/educational-materials/south-atlantic-saltwater-recreational-fisheries-snapshot)。因此,我们观察到大量的相关休闲船只代理鱼分布,包括不锈钢、叶绿素一个浓度、水深和大量的人工礁石。年和月调查包括占国际米兰和intraannual休闲血管丰富的变化。调查工作还包括作为一个变量影响血管的数量。当模型中的因变量是一个计数变量(非负整数),抽样工作可以包括在模型作为一个偏移量变量,假设一个线性抽样的努力之间的关系和计算系数1(2006年木,Zuur 2012)。在我们的例子中,这个假设没有见过(见结果),因此,我们使用平滑协变量抽样工作。竞争模型中的解释变量被引入作为集中值(值−的意思)时适用。为解释变量之间的共线性评估,皮尔逊相关性估计都是在这里生产的R软件使用PerformanceAnalytics包(彼得森et al . 2018年),和相关的变量(r> 0.7)并不包括在相同的模型(Dormann et al . 2013年)。模型选择是由Akaike信息标准纠正小样本大小(AICc)。的MuMIn包(巴顿和巴顿2015)被用来获得AICc价值观和AICc权重。

娱乐船目击协变量和环境之间的关系与gam模型使用负二项分布和分对数链接R软件使用mgcv2001包(木头)。泊松、障碍和zero-inflated模型也测试过,但是我们发现他们更不适当的基于残差的overdispersion。gam,点球任期被添加到回归拟合曲线的平滑控制,避免过度拟合(木2006)。平滑的选择是适合使用spline-based惩罚似然估计与限制最大似然(REML)方法(2006年木),和转发模型选择使用双重处罚方法进行平滑和删除无关的协变量从模型(2011年马拉及木材)。Overdispersion每个竞争模型的残差是评估使用Overdispersion函数mgcv(Zuur 2012)。残差的自相关估计的使用gstat包(Pebesma 2004)。一旦我们选择了最佳GAM,我们用它来预测整个网格研究区域丰富的娱乐船只。

我们修改了Vanderlaan et al .(2009)所使用的方法获得每月估计的相对概率(P_rel),一头鲸鱼(Eq。1)和娱乐船(Eq。2)占领特定的网格单元我:

(1)

(2)

每月的相对概率的估计北大西洋露脊鲸和娱乐船出现增多,然后归一化,和整个研究区域1,获得相对遇到风险指数(Eq。3):

(3)

地图显示相对遇到风险生成的月度指数利用ArcGIS Pro。直接观察的北大西洋露脊鲸/容器交互(同现)被调查期间EWS记录。这些交互报告被认为是保守估计,因为他们由你们那里时间和区域调查数据和有限的努力,但他们的位置被覆盖在地图上的模型预测相对遇到风险的定性比较。

结果

总体而言,在316年调查航班从2009年12月到2014年3月,有更多休闲的目击记录船舶(5467目击)比北大西洋露脊鲸(1038目击)。娱乐船目击表现出负二项分布。网格细胞计数为零的数量没有超过预期的数量基于理论负二项分布(p= 0.28,卡方拟合优度检验)。

相对丰富的娱乐船只

以北,以东,距离最近的入口,大量的人工礁石,海温,叶绿素一个浓度、水深度、调查工作,冬天(年),月娱乐船目击有显著相关性。然而,皮尔逊相关性的估计表明,这些变量是彼此相关的。例如,距离最近的入口和水深度与经度(高度相关r= 0.94,r分别为= -0.78)。为了避免多重共线性的问题,这些相关变量并不包括在相同的模型。相反,我们比较了模型适合使用小样本大小的AIC纠正(AICc)分别包括(表2)。

最好的模型包括距离最近的入口,北航,距离最近的入口之间的交互项,北航,大量的人工礁石,海温,调查工作,年,月(表2),虽然月不是一个重要的变量(p> 0.05),我们决定离开它的模型,以便船只和鲸鱼都是建模在同一时间。没有观察到显著的空间自相关残差的方差图(莫兰的I = -0.003,p= 0.51)。

图2显示了协变量拟合平滑函数为每个包含在最终的模型。大部分的重大环境和地理变量在最后的模型表现出非线性与血管密度(北航除外)的关系。模型,包括距离最近的入口显示更好的选择比北航或水深变量的空间尺度(表2)。

娱乐船丰度预测是最高北航之间包含三个入口,在入口位置接近,与在温暖的SST(图2)。娱乐船丰富也预测和人工礁丰度增加,然而,置信区间也增加(图2)。调查工作与娱乐船呈正相关目击到2000 km²的努力;除此之外,影响达到渐近线(图2)。估计娱乐船低丰度比其它的冬季和2012 - 2013年期间年3月高于在其他研究几个月(图2)。

丰富娱乐船的最高估计和东部的三个导航入口附近研究区(圣玛丽,圣约翰,圣奥古斯汀)。预测数量的休闲船只一直在圣约翰入口附近地区(图3)。今年3月,我们预测最高密度与其它几个月相比,和休闲船只分布式远离海岸(图3)向Florida-Hatteras斜率(图1)。作为参考,图3包括月度预测相对发生概率的北大西洋露脊鲸从延命菊和Ortega-Ortiz (2014)。

指数相对遇到北大西洋露脊鲸和娱乐船只的风险

没有统计上显著的差异相对遇到风险指数月(F= 0.09;p= 0.96)。地理位置,在研究区主入口附近(圣玛丽,圣约翰和圣奥古斯丁)显示的最大相对遇到风险值,特别是在东部和圣约翰入口(图4)。相对遇到风险生成的模型通常同意投机取巧的北大西洋露脊鲸的位置/容器交互报告,尤其是对周边地区和东部的圣约翰入口(图4)。

讨论

娱乐船相对丰度

大多数文献共存的北大西洋露脊鲸和船舶交通关注300总吨或更高的商船。这些研究是通过时空数据的可用性(如位置,速度,路线)商业船只通过强制船舶报告系统(Ward-Geiger et al . 2005年,Fonnesbeck et al . 2008年,Vanderlaan et al . 2009年,威廉姆斯和2010年奥哈拉,Lagueux et al . 2011年)。类似的数据为休闲船只不是现成的,因为它们没有受到类似的报告要求。此外,商业船分布可能不随机,因此,比休闲船只更容易预测,参与更大的多样性划船目的地(如特定的水深,已知的钓鱼地点,人工珊瑚礁)和活动(例如,钓鱼,凌日,潜水)。大部分的娱乐船总体船舶交通强调理解和减轻其影响的重要性在管理共享资源在沿海环境。

在这个规模(每月估计),我们的研究结果表明,地理(即。,距离最近的入口,北距)和抽样(即。,effort, survey year) variables were significant predictors of observed recreational vessel abundance. Other recreational vessel models that used different sampling techniques and scales also found that geographic variables can be used to explain the spatial distribution of vessels (Sidman and Fik 2005, Montes et al. 2018b)。年的意义可能与时间变化的天气影响划船或社会经济因素的活动。不是所有的鱼分布的变量分为代理是重要的(只有大量的人工珊瑚礁和SST)。这样的变量可能是敏感的时间或空间规模的研究。在风场的情况下,它可能会影响或与其他变量高度相关的不包括在这项研究。例如,马宏升和Chelton(2006)和什河村建夫(2006)发现了一个相关性SST和海面风力和风力条件可能会影响的丰度和分布休闲船只在水面上。

入口附近的高休闲血管丰富的地区(特别是圣约翰入口)。休闲船只也往往是分布在一个角度垂直于圣约翰和圣奥古斯丁入口。这种模式似乎与海洋深处与Florida-Hatteras斜坡相关联的目的地(图1),在深海珊瑚和某些目标鱼类常见(Hourigan et al . 2017年)。这可能表明,而不是依靠改变或动态信号(也可能彼此相关),休闲划船的动作是通过区域主要基于入口位置和已知的钓鱼地点可能与目标有关鱼类和/或划船活动。然而,未来的研究还应该探索其他外部变量的作用如天气、海况,风速预测休闲船只的丰度和分布。

指数相对遇到风险

我们的研究结果表明,鲸和休闲的最高估计船cooccupying特定区域附近,东部的三个主要研究区域的入口。每月产生的估计建模方法显示一致的高值和东部附近的入口从12月到3月。遇到风险的指数3月份估计的建模方法是高于预期的南部部分研究区域(图4 d),鉴于许多北大西洋露脊鲸预计已经开始向北迁徙喂养地区3月(Krzystan et al . 2018年)。这些更高的值可能与增加休闲船只的数量在3月使用这个区域。

几个作者强调了使用检查物种分布预测建模技术的重要性,而不是仅仅依靠目击(Guisan et al . 2002年,Bauduin et al . 2013年,雷德芬et al . 2013年)。空间建模技术的使用有助于占不完美的检测能力和有限的数据收集的报道。他们还允许测试外部变量的影响,可用于预测在时间或空间上(Guisan et al . 2002年,奥康纳2002)。我们使用外部信息(预测变量)和建模技术相对发生概率的北大西洋露脊鲸和娱乐船只。然而,实现的建模方法可以耗费时间和具有挑战性的应用根据分析师的经验和/或经理。此外,该建模方法可能会受到外部变量的可用性。其他外部变量,可能会影响娱乐船丰度和分布可能与天气有关(例如,雨,云覆盖,风速),规定(例如,封闭和开放的季节主要目标鱼类),经济学基础(如燃料价格、划船经验),或情景变量(如血管长度、划船活动)。这些变量的分布的影响休闲船只在未来的研究应该探索不同尺度。

管理的影响

在2014 - 2015年,EWS协议被修改以便北大西洋露脊鲸分布的预测模型用于优先领域的调查工作将最大化鲸鱼人口监测、检测和减轻商船罢工(Surrey-Marsden et al . 2018年,海森也看到et al . 2017年)。本研究中所开发的模型也可以包含在决策规则来决定在哪里飞为了获取信息关于北大西洋露脊鲸共存与休闲船只和减轻邂逅。进行空中调查时,EWS团队可观察到的交互与船舶运营商沟通告知规则关于北大西洋露脊鲸和重定向课程(速度/方向)当鲸鱼的附近,以避免相互作用或直接接触。

娱乐的潜在影响船舶交通在北大西洋露脊鲸知之甚少,但可能包括直接碰撞损伤和死亡率、行为障碍,和声学掩蔽(克拉克et al . 2009年)。同样,潜在影响船舶运营商包括受伤的危险和财产损失。需要额外的研究我们的指数相对风险转化为定量的估计绝对风险和人口的影响(Martin et al . 2016年,Pirotta et al . 2018年)。北大西洋露脊鲸估计绝对密度研究区域内的(而不是相对发生的概率),占由于可用性偏见(即不完美的检测。调查期间,鲸鱼在表面)和重复出现的个体,需要量化人口的影响。附加信息的速度、大小和形状的休闲船只可以用来预测一旦发生碰撞损伤的严重程度和噪声的影响。鲸鱼和船舶运营商的行为反应的研究期间遇到可以用来估计对鲸鱼和精力充沛的后果避免碰撞的概率。通过整合这些信息与鲸鱼的空间分布和娱乐船只,经理可以更好地预测潜在的管理行为的有效性(床et al . 2019年,udel et al . 2019年)。

自1997年以来,它已被非法的方法,保持在460米(500码)的北大西洋露脊鲸在美利坚合众国。本条例变得更加重要在母亲的护理和步行/小腿对可能更容易受到人为干扰(1997年NOAA国家海洋渔业服务(NMFS) 2005)。然而,由于护理和崩解的大小依据建,这些分析中获得的信息可以用于指导教育、管理和执法活动,鼓励在该研究领域符合本条例。

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