On landslide risk, resilience and vulnerability of mountain communities in Central-Eastern Nepal

Executive SummaryIn Nepal, landslides are one of the major natural hazards after epidemics, killing over 100 persons per year. However, this figure is an underreported reflection of the actual impact that landslides have on livelihoods and food security in rural Nepal. With predictions of more intense rainfall patterns, landslide occurrence in the Himalayas is likely to increase and continue to be one of the major impediments to development. Due to the remoteness of many localities and lack of resources, responsibilities for disaster preparedness and response in mountain areas usually lie with the communities themselves. Everyday life is full of risk in mountains of Nepal. This is why mountain populations, as well as other populations living in harsh conditions have developed a number of coping strategies for dealing with adverse situations. Perhaps due to the dispersed and remote nature of landslides in Nepal, there have been few studies on vulnerability, coping- and mitigation strategies of landslide affected populations. There are also few recommendations available to guide authorities and populations how to reduce losses due to landslides in Nepal, and even less so, how to operationalize resilience and vulnerability.Many policy makers, international donors, NGOs and national authorities are currently asking what investments are needed to increase the so-called 'resilience' of mountain populations to deal with climate risks. However, mountain populations are already quite resilient to seasonal fluctuations, temperature variations, rainfall patterns and market prices. In spite of their resilience, they continue to live in places at risk due to high vulnerability caused by structural inequalities: access to land, resources, markets, education. This interdisciplinary thesis examines the concept of resilience by questioning its usefulness and validity as the current goal of international development and disaster risk reduction policies, its conceptual limitations and its possible scope of action. The goal of this study is two-fold: to better define and distinguish factors and relationships between resilience, vulnerability, capacities and risk; and to test and improve a participatory methodology for evaluating landslide risk that can serve as a guidance tool for improving community-based disaster risk reduction. The objective is to develop a simple methodology that can be used by NGOs, local authorities and communities to reduce losses from landslides.Through its six case studies in Central-Eastern Nepal, this study explores the relation between resilience, vulnerability and landslide risk based on interdisciplinary methods, including geological assessments of landslides, semi-structured interviews, focus groups and participatory risk mapping. For comparison, the study sites were chosen in Tehrathum, Sunsari and Dolakha Districts of Central/Eastern Nepal, to reflect a variety of landslide types, from chronic to acute, and a variety of communities, from very marginalized to very high status. The study uses the Sustainable Livelihoods Approach as its conceptual basis, which is based on the notion that access and rights to resources (natural, human/institutional, economic, environmental, physical) are the basis for coping with adversity, such as landslides. The study is also intended as a contribution to the growing literature and practices on Community Based Disaster Risk Reduction specifically adapted to landslide- prone areas.In addition to the six case studies, results include an indicator based methodology for assessing and measuring vulnerability and resilience, a composite risk assessment methodology, a typology of coping strategies and risk perceptions and a thorough analysis of the relation between risk, vulnerability and resilience. The methodology forassessing vulnerability, resilience and risk is relatively cost-effective and replicable in a low-data environment. Perhaps the major finding is that resilience is a process that defines a community's (or system's) capacity to rebound following adversity but it does not necessarily reduce vulnerability or risk, which requires addressing more structural issues related to poverty. Therefore, conclusions include a critical view of resilience as a main goal of international development and disaster risk reduction policies. It is a useful concept in the context of recovery after a disaster but it needs to be addressed in parallel with vulnerability and risk.This research was funded by an interdisciplinary grant (#26083591) from the Swiss National Science Foundation for the period 2009-2011 and a seed grant from the Faculty of Geosciences and Environment at the University of Lausanne in 2008.Résumé en françaisAu Népal, les glissements de terrain sont un des aléas les plus dévastateurs après les épidémies, causant 100 morts par an. Pourtant, ce chiffre est une sous-estimation de l'impact réel de l'effet des glissements sur les moyens de subsistance et la sécurité alimentaire au Népal. Avec des prévisions de pluies plus intenses, l'occurrence des glissements dans les Himalayas augmente et présente un obstacle au développement. Du fait de l'éloignement et du manque de ressources dans les montagnes au Népal, la responsabilité de la préparation et la réponse aux catastrophes se trouve chez les communautés elles-mêmes. Le risque fait partie de la vie quotidienne dans les montagnes du Népal. C'est pourquoi les populations montagnardes, comme d'autres populations vivant dans des milieux contraignants, ont développé des stratégies pour faire face aux situations défavorables. Peu d'études existent sur la vulnérabilité, ceci étant probablement dû à l'éloignement et pourtant, les stratégies d'adaptation et de mitigation des populations touchées par des glissements au Népal existent.Beaucoup de décideurs politiques, bailleurs de fonds, ONG et autorités nationales se demandent quels investissements sont nécessaires afin d'augmenter la 'resilience' des populations de montagne pour faire face aux changements climatiques. Pourtant, ces populations sont déjà résilientes aux fluctuations des saisons, des variations de température, des pluies et des prix des marchés. En dépit de leur résilience, ils continuent de vivre dans des endroits à fort risque à cause des vulnérabilités créées par les inégalités structurelles : l'accès à la terre, aux ressources, aux marchés et à l'éducation. Cette thèse interdisciplinaire examine le concept de la résilience en mettant en cause son utilité et sa validité en tant que but actuel des politiques internationales de développement et de réduction des risques, ainsi que ses limitations conceptuelles et ses possibles champs d'action. Le but de cette étude est double : mieux définir et distinguer les facteurs et relations entre la résilience, la vulnérabilité, les capacités et le risque ; Et tester et améliorer une méthode participative pour évaluer le risque des glissements qui peut servir en tant qu'outil indicatif pour améliorer la réduction des risques des communautés. Le but est de développer une méthodologie simple qui peut être utilisée par des ONG, autorités locales et communautés pour réduire les pertes dues aux glissements.A travers les études de cas au centre-est du Népal, cette étude explore le rapport entre la résilience, la vulnérabilité et les glissements basée sur des méthodes interdisciplinaires ; Y sont inclus des évaluations géologiques des glissements, des entretiens semi-dirigés, des discussions de groupes et des cartes de risques participatives. Pour la comparaison, les zones d'études ont été sélectionnées dans les districts de Tehrathum, Sunsari et Dolakha dans le centre-est du Népal, afin de refléter différents types de glissements, de chroniques à urgents, ainsi que différentes communautés, variant de très marginalisées à très haut statut. Pour son cadre conceptuel, cette étude s'appuie sur l'approche de moyens de subsistance durable, qui est basée sur les notions d'accès et de droit aux ressources (naturelles, humaines/institutionnelles, économiques, environnementales, physiques) et qui sont le minimum pour faire face à des situations difficiles, comme des glissements. Cette étude se veut aussi une contribution à la littérature et aux pratiques en croissantes sur la réduction des risques communautaires, spécifiquement adaptées aux zones affectées par des glissements.En plus des six études de cas, les résultats incluent une méthodologie basée sur des indicateurs pour évaluer et mesurer la vulnérabilité et la résilience, une méthodologie sur le risque composé, une typologie de stratégies d'adaptation et perceptions des risques ainsi qu'une analyse fondamentale de la relation entre risque, vulnérabilité et résilience. Les méthodologies pour l'évaluation de la vulnérabilité, de la résilience et du risque sont relativement peu coûteuses et reproductibles dans des endroits avec peu de données disponibles. Le résultat probablement le plus pertinent est que la résilience est un processus qui définit la capacité d'une communauté (ou d'un système) à rebondir suite à une situation défavorable, mais qui ne réduit pas forcement la vulnérabilité ou le risque, et qui requiert une approche plus fondamentale s'adressant aux questions de pauvreté. Les conclusions incluent une vue critique de la résilience comme but principal des politiques internationales de développement et de réduction des risques. C'est un concept utile dans le contexte de la récupération après une catastrophe mais il doit être pris en compte au même titre que la vulnérabilité et le risque.Cette recherche a été financée par un fonds interdisciplinaire (#26083591) du Fonds National Suisse pour la période 2009-2011 et un fonds de préparation de recherches par la Faculté des Géosciences et Environnement à l'Université de Lausanne en 2008.

Syndrome métabolique, diabète sucré et vulnérabilité: une approche "syndémique" de la maladie chronique [Metabolic syndrome, diabetes mellitus and vulnerability: a syndemic approach of chronic diseases].

The pandemic metabolic syndrome is generally attributed to our lifestyle. The current therapeutic strategies are centered on the behavioral changes and pharmacotherapy. A deeply analysis reveals the importance of the socio-cultural determinants with a "dose-responses effect according to the socio-economic level. The "syndemic" theory, which puts at the same level the socio-cultural environment, the behaviors and biomedecine, suggests a more holistic approach. This theory suggests introducing other partners of care, such cultural-mediators and welfare workers trained in the care, to have finally an approach centered on the roots of the causes. The healthcare networks centered on the management of the costs of health should not forget the socio-cultural dimension, unless wanting to select the good cases.

Insufficient coping behavior under chronic stress and vulnerability to psychiatric disorders

Epidemiological data indicate that 75% of subjects with major psychiatric disorders have their onset in the age range of 17-24 years. An estimated 35-50% of college and university students drop out prematurely due to insufficient coping skills under chronic stress, while 85% of students receiving a psychiatric diagnosis withdraw from college/university prior to the completion of their education. In this study we aimed at developing standardized means for identifying students with insufficient coping skills under chronic stress and at risk for mental health problems. A sample of 1,217 college students from 3 different sites in the U.S. and Switzerland completed 2 self-report questionnaires: the Coping Strategies Inventory "COPE" and the Zurich Health Questionnaire "ZHQ" which assesses "regular exercises", "consumption behavior", "impaired physical health", "psychosomatic disturbances", and "impaired mental health". The data were subjected to structure analyses by means of a Neural Network approach. We found 2 highly stable and reproducible COPE scales that explained the observed inter-individual variation in coping behavior sufficiently well and in a socio-culturally independent way. The scales reflected basic coping behavior in terms of "activity-passivity" and "defeatism-resilience", and in the sense of stable, socio-culturally independent personality traits. Correlation analyses carried out for external validation revealed a close relationship between high scores on the defeatism scale and impaired physical and mental health. This underlined the role of insufficient coping behavior as a risk factor for physical and mental health problems. The combined COPE and ZHQ instruments appear to constitute powerful screening tools for insufficient coping skills under chronic stress and for risks of mental health problems.

Low income, community poverty and risk of end stage renal disease

BACKGROUND: The risk of end stage renal disease (ESRD) is increased among individuals with low income and in low income communities. However, few studies have examined the relation of both individual and community socioeconomic status (SES) with incident ESRD. METHODS: Among 23,314 U.S. adults in the population-based Reasons for Geographic and Racial Differences in Stroke study, we assessed participant differences across geospatially-linked categories of county poverty [outlier poverty, extremely high poverty, very high poverty, high poverty, neither (reference), high affluence and outlier affluence]. Multivariable Cox proportional hazards models were used to examine associations of annual household income and geospatially-linked county poverty measures with incident ESRD, while accounting for death as a competing event using the Fine and Gray method. RESULTS: There were 158 ESRD cases during follow-up. Incident ESRD rates were 178.8 per 100,000 person-years (105 py) in high poverty outlier counties and were 76.3 /105 py in affluent outlier counties, p trend = 0.06. In unadjusted competing risk models, persons residing in high poverty outlier counties had higher incidence of ESRD (which was not statistically significant) when compared to those persons residing in counties with neither high poverty nor affluence [hazard ratio (HR) 1.54, 95% Confidence Interval (CI) 0.75-3.20]. This association was markedly attenuated following adjustment for socio-demographic factors (age, sex, race, education, and income); HR 0.96, 95% CI 0.46-2.00. However, in the same adjusted model, income was independently associated with risk of ESRD [HR 3.75, 95% CI 1.62-8.64, comparing the < $20,000 income group to the > $75,000 group]. There were no statistically significant associations of county measures of poverty with incident ESRD, and no evidence of effect modification. CONCLUSIONS: In contrast to annual family income, geospatially-linked measures of county poverty have little relation with risk of ESRD. Efforts to mitigate socioeconomic disparities in kidney disease may be best appropriated at the individual level.

Self-perception of aging and vulnerability to adverse outcomes at the age of 65-70 years.

OBJECTIVES. This study examines the relationship between self-perception of aging and vulnerability to adverse outcomes in adults aged 65-70 years using data from a cohort of 1,422 participants in Lausanne, Switzerland. METHODS: A positive or negative score of perception of aging was established using the Attitudes Toward Own Aging subscale including 5 items of the Philadelphia Geriatric Center Morale Scale. Falls, hospitalizations, and difficulties in basic and instrumental activities of daily living (ADL) collected in the first 3 years of follow-up were considered adverse outcomes. The relationship between perception and outcomes were evaluated using multiple logistic regression models adjusting for chronic medical conditions, depressive feelings, living arrangement, and socioeconomic characteristics. RESULTS: The strongest associations of self-perception of aging with outcomes were observed for basic and instrumental ADL. Associations with falls and hospitalizations were not constant but could be explained by health characteristics. CONCLUSIONS: A negative self-perception of aging is an indicator of risk for future disability in ADL. Factors such as a low-economic status, living alone, multiple chronic medical conditions, and depressive feelings contribute to a negative self-perception of aging but do not explain the relationship with incident activities of daily living disability.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

A probabilistic approach to niche-based community models for spatial forecasts of assemblage properties and their uncertainties

Aim Conservation strategies are in need of predictions that capture spatial community composition and structure. Currently, the methods used to generate these predictions generally focus on deterministic processes and omit important stochastic processes and other unexplained variation in model outputs. Here we test a novel approach of community models that accounts for this variation and determine how well it reproduces observed properties of alpine butterfly communities. Location The western Swiss Alps. Methods We propose a new approach to process probabilistic predictions derived from stacked species distribution models (S-SDMs) in order to predict and assess the uncertainty in the predictions of community properties. We test the utility of our novel approach against a traditional threshold-based approach. We used mountain butterfly communities spanning a large elevation gradient as a case study and evaluated the ability of our approach to model species richness and phylogenetic diversity of communities. Results S-SDMs reproduced the observed decrease in phylogenetic diversity and species richness with elevation, syndromes of environmental filtering. The prediction accuracy of community properties vary along environmental gradient: variability in predictions of species richness was higher at low elevation, while it was lower for phylogenetic diversity. Our approach allowed mapping the variability in species richness and phylogenetic diversity projections. Main conclusion Using our probabilistic approach to process species distribution models outputs to reconstruct communities furnishes an improved picture of the range of possible assemblage realisations under similar environmental conditions given stochastic processes and help inform manager of the uncertainty in the modelling results