End-to-end modelling for an ecosystem approach to fisheries in the Northern Humboldt Current Ecosystem

This work represents an original contribution to the methodology for ecosystem models' development as well as the rst attempt of an end-to-end (E2E) model of the Northern Humboldt Current Ecosystem (NHCE). The main purpose of the developed model is to build a tool for ecosystem-based management and decision making, reason why the credibility of the model is essential, and this can be assessed through confrontation to data. Additionally, the NHCE exhibits a high climatic and oceanographic variability at several scales, the major source of interannual variability being the interruption of the upwelling seasonality by the El Niño Southern Oscillation, which has direct e ects on larval survival and sh recruitment success. Fishing activity can also be highly variable, depending on the abundance and accessibility of the main shery resources. This context brings the two main methodological questions addressed in this thesis, through the development of an end-to-end model coupling the high trophic level model OSMOSE to the hydrodynamics and biogeochemical model ROMS-PISCES: i) how to calibrate ecosystem models using time series data and ii) how to incorporate the impact of the interannual variability of the environment and shing. First, this thesis highlights some issues related to the confrontation of complex ecosystem models to data and proposes a methodology for a sequential multi-phases calibration of ecosystem models. We propose two criteria to classify the parameters of a model: the model dependency and the time variability of the parameters. Then, these criteria along with the availability of approximate initial estimates are used as decision rules to determine which parameters need to be estimated, and their precedence order in the sequential calibration process. Additionally, a new Evolutionary Algorithm designed for the calibration of stochastic models (e.g Individual Based Model) and optimized for maximum likelihood estimation has been developed and applied to the calibration of the OSMOSE model to time series data. The environmental variability is explicit in the model: the ROMS-PISCES model forces the OSMOSE model and drives potential bottom-up e ects up the foodweb through plankton and sh trophic interactions, as well as through changes in the spatial distribution of sh. The latter e ect was taken into account using presence/ absence species distribution models which are traditionally assessed through a confusion matrix and the statistical metrics associated to it. However, when considering the prediction of the habitat against time, the variability in the spatial distribution of the habitat can be summarized and validated using the emerging patterns from the shape of the spatial distributions. We modeled the potential habitat of the main species of the Humboldt Current Ecosystem using several sources of information ( sheries, scienti c surveys and satellite monitoring of vessels) jointly with environmental data from remote sensing and in situ observations, from 1992 to 2008. The potential habitat was predicted over the study period with monthly resolution, and the model was validated using quantitative and qualitative information of the system using a pattern oriented approach. The nal ROMS-PISCES-OSMOSE E2E ecosystem model for the NHCE was calibrated using our evolutionary algorithm and a likelihood approach to t monthly time series data of landings, abundance indices and catch at length distributions from 1992 to 2008. To conclude, some potential applications of the model for shery management are presented and their limitations and perspectives discussed.

Las poblaciones de aves guaneras y sus relaciones con la abundancia de Anchoveta y la ocurrencia de eventos El Niño en el mar peruano

Se analizan series de tiempo sobre el tamaño de las poblaciones de guanay Leucocarbo bougainvillii, piquero peruano Sula variegata y pelícano peruano Pelecanus thagus entre 1953 y 1997, con énfasis en la serie de datos mensuales correspondientes a 1997. Se observa que el crecimiento de las poblaciones de aves entre 1953 y 1971 fue limitado por el rápido desarrollo de la pesquería y que estas poblaciones fueron drásticamente reducidas por los eventos El Niño de 1957-58 y 1965. La sobrepesca y el evento El Niño de 1972-73 produjeron el colapso de los stocks de anchoveta y una elevada mortandad de aves; las mismas que a pesar de los niveles de captura registrados entre 1972 y 1982 presentaron una ligera recuperación. El evento El Niño 1982-83 se presentó durante la época reproductiva, causando el abandono de las áreas de anidación y una mortandad del 58% de la población total; sin embargo, las mejores medidas de manejo de anchoveta establecidas después de este evento permitieron la recuperación del stock y de las poblaciones de aves guaneras, a pesar de la presencia de la pesquería industrial. El evento El Niño 1997-98 se presentó con fuerza luego de la época reproductiva de fas aves guaneras, causando sólo la emigración de estas poblaciones de fa zona norte-centro hacia el sur, debido a los cambios ocurridos en el ambiente y en los patrones de distribución y disponibilidad de sus presas. las mortandades registradas durante 1997 han sido eventuales y mucho menores en magnitud que las observadas durante el evento El Niño 1982-83.

Abundancia de aves guanera y su relación con la pesquería de anchoveta peruana de 1953 a 1999

Se actualizaron las series de tiempo sobre las poblaciones de guanay Leucocarbo bougainvillii, piquero peruano Sula variegata y pelícano peruano Pelecanus thagus entre 1953 y 1999. El desarrollo de la pesquería industrial de anchoveta a inicios de los años 50, significó un cambio en la dinámica poblacional de las aves guaneras. A partir de El Niño 1965, que causó una mortandad del 76%, reduciendo 17 millones de aves guaneras a sólo alrededor de 4, ellas no han recuperado sus más altos valores poblacionales, alcanzados antes del desarrollo de la pesquería industrial. Sin embargo, la tendencia a un paulatino crecimiento de la población de las aves guaneras, registrado a partir de 1983, fue afectado drásticamente por El Niño 1997-98. Hacia finales de 1999, se ha observado una progresiva recuperación de las colonias de estas especies en todas las islas y puntas, pero permanecen muy por debajo de los tamaños alcanzados antes de El Niño 1997-98. Se ha sugerido que el alimento es la principal causa de la regulación poblacional de las aves marinas, y estudios recientes muestran que la disponibilidad de presas actúa como un factor limitante en el tamaño de las poblaciones reproductoras. La reducción de áreas adecuadas para la reproducción de las aves guaneras, debido a una creciente perturbación humana, podría también restringir el crecimiento de sus poblaciones.

Relación entre anchoveta y ambiente a diferentes escalas temporales

Relación entre anchoveta y ambiente a diferentes escalas temporales. Bol Inst Mar Perú 25(1-2):13-21.- Se estudió la relación del ambiente y la anchoveta peruana (Engraulis ringens) en el Ecosistema de Afloramiento Peruano (EAP). Se hipotetiza que en la zona de afloramiento comprendida entre 5°S - 13°S se presenta una relación negativa entre la temperatura, concentración de oxígeno y desembarques de anchoveta en escalas de tiempo decadales. En series de tiempo mensuales observadas entre 1950 – 2008, se analizó la temperatura superficial, subsuperficial, oxígeno, clorofila-a y desembarques de anchoveta y sardina, aplicando métodos estadísticos y espectrales para obtener modos temporales decadales y caracterizar la modulación a baja frecuencia de sus ciclos estacionales. También se usaron datos de reanálisis para caracterizar los cambios estacionales a partir de los forzamientos (remoto y local) ambientales del EAP. Se encontró una fuerte asociación a escala decadal entre las series ambientales costeras y los desembarques de anchoveta y se sugiere que la covariabilidad ambiental en escalas temporales interanuales, intraestacionales, decadales, seculares frente al EAP se incrementará durante la próxima década.

Espectro alimentario de la Merluza Peruana durante el otoño de 1997. Crucero BIC Humboldt 9705-06, Callao a Puerto Pizarro

Analiza la dieta de Merluccius gayi peruanus (Guichenot, 1848) con los datos obtenidos en el Crucero BIC Humboldt 9705-06, determinándose: importancia de la presa, similitud alimentaria, ración de alimentación y variaciones alimentarias latitudinales y por rangos de talla. La dieta estuvo constituida por los grupos Teleostei, Crustacea y Mollusca, registrándose 49 taxa presa, cantidad mayor a lo observado de 1994 a 1996. Se ha verificado un notorio incremento en el consumo de crustáceos y del canibalismo, y decremento en el consumo de anchoveta. Dentro de los peces destacaron los Myctophidae y la sardina; esta última, no observada durante los años 1994 a 1996 y que era considerada como especie trófica primaria en los estudios de series de tiempo. La ración diaria de alimentación en los rangos de longitud 21-30 y 31-40 cm, fueron determinadas en 8,53 g.día-1 y 8,58 g.día-1, respectivamente. Estos valores representan una reducción del 11,97% y 12,54% con respecto al peso real observado durante el invierno de 1996, causado por el menor consumo de eufáusidos y anchoveta. De otro lado, con respecto a lo observado en 1995, estos valores representan un incremento de 57,69% y una reducción de 10,59%, causado por el mayor consumo de eufáusidos y el menor consumo de anchoveta, respectivamente. La similaridad alimentaria cualitativa, define dos grupos: los individuos capturados entre 3°30 'S a 4°59 'S y los capturados entre 6° a 9°59 'S. Se observó que individuos de 21 a 50 cm fueron carcinófagos y de 51 a 74 cm ictiófagos, predominando el canibalismo. La relación predador-presa sugiere un incremento en el canibalismo con el incremento en longitud del depredador.

Temperaturas superficiales del mar a lo largo de la costa peruana para el periodo 1950-1988

Se presentan las series de tiempo mensuales de las Temperaturas Superficiales de Mar (TSM) de 9 estaciones costeras localizadas a lo lardo de la costa peruana, para el periodo enero 1950 - abril 1988 y un análisis preliminar de su variabilidad espacial y temporal.

Manual de uso del software Ocean Data View (ODV)

El presente manual de uso del software de visualización de datos “Ocean Data View” (ODV) describe la exploración, análisis y visualización de datos oceanográficos según el formato de la colección mundial de base de datos del océano “World Ocean Database” (WOD). El manual comprende 6 ejercicios prácticos donde se describe paso a paso la creación de las metavariables, la importación de los datos y su visualización mediante mapas de latitud, longitud y gráficos de dispersión, secciones verticales y series de tiempo. Se sugiere el uso extensivo del ODV para la visualización de datos oceanográficos por el personal científico del IMARPE.

Estudio de "El Niño" basado en el análisis de las temperaturas de la superficie del océano de 1935-57 (continuación)

Investiga sobre las fluctuaciones de los vientos alisios y su papel en el fenómeno de El Niño. Por otro lado, estudia las series de tiempo de las temperaturas de la superficie del mar cerca de las costas de Costa Rica, Ecuador y Perú.

Estudio de "El Niño" basado en el análisis de las temperaturas de la superficie del océano de 1935-57 (conclusión)

Aborda las series de tiempo de las temperaturas de la superficie del mar derivadas de los mapas mensuales registrados en los años 1939-56 que apoyan a la interpretación de la información meteorológica y oceánica del fenómeno de “El Niño”.