Reference-growth rate – a simple and handy parameter summarizing the influence of environmental conditions

Abstract Environmental changes may have an impact on life conditions of the fish, e.g. food supply for the fish. The prevailing environmental conditions apply evenly to all age groups of one stock. Small fish have high growth rates, whereas large fish grow with low rates. But, it can be shown on the basis of the von Bertalanffy-growth model that it is sufficient to know only the growth rate of one single age group to compute the growth rates of all other age groups. The growth rate of a reference fish GRF (e.g. a fish with a body mass of 1 kg) was introduced as a reference growth describing the current food condition of all age groups of the stock. As an example a time series of the reference-growth rate of the northern cod stock (NAFO, 3K) was computed for the time span 1979 to 1999. For the northern cod stock it can be observed that environmental conditions caused growth rates below the long-term mean for seven years in a row. After a prolonged hunger period the fish stock collapsed in 1992 also by the impact of fisheries - and this was probably not a coincidence. Now, with the reference-growth rate GRF a simple and handy parameter was found to summarize the influence of the environmental conditions on growth and other derived models and therefore makes it easier to compute the influence of environmental changes within stock assessment. Zusammenfassung Veränderungen der Umwelt können Auswirkungen auf die Lebensbedingungen der Fische haben, z. B. auf das Nahrungsangebot der Fische. Die vorherrschenden Umgebungsbedingungen wirken gleichmäßig auf alle Altersgruppen eines Bestandes, wobei typischer Weise kleineFische hohe Wachstumsraten haben, während die großen Fische mit niedrigen Raten wachsen. Auf der Grundlage des von Bertalanffy-Wachstumsmodells kann gezeigt werden, dass es ausreicht, nur die Wachstumsrate von einer einzigen Altersgruppe zu kennen, um die Wachstumsraten von allen anderen Altersgruppen berechnen zu können. Die Wachstumsrate eines Referenz-Fisches (z.B. eines Fisches mit einer Körpermasse von 1 kg) wurde als Referenz-Wachstum GRF eingeführt, die den aktuellen Zustand des Nahrungsangebots füralle Altersgruppen des Bestandes beschreibt. Als Beispiel wurde einer Zeitreihe der Referenz-Wachstumsraten des nördlichen Kabeljaubestandes (NAFO, 3K) für die Zeitsraum 1979 bis 1999 berechnet. Für diesen Kabeljaubestand war zu beobachten, dass Umgebungsbedingungen für sieben Jahre in Folge Wachstumsraten unter dem langjährigen Mittelwert verursachten. Nach einer längeren Hungerperiode kollabierte dieser Fischbestand im Jahr 1992 auch durch den Einfluß der Fischerei - und dies war sicher kein Zufall. Jetzt, mit der Referenz-Wachstumsrate GRF, ist ein einfacher und handlicher Parameter gefunden, der es gestattet den Einfluss der Umweltbedingungen auf die Wachstumsbedingungen und andere davon abgeleitete Modelle zusammenzufassen. Dies macht es einfach, den Einfluss von Umweltveränderungen innerhalb der Bestandsabschätzungen zu berechnen.

Transmission matrices and lumped parameter models for continuous systems

The use of transmission matrices and lumped parameter models for describing continuous systems is the subject of this study. Non-uniform continuous systems which play important roles in practical vibration problems, e.g., torsional oscillations in bars, transverse bending vibrations of beams, etc., are of primary importance.

A new approach for deriving closed form transmission matrices is applied to several classes of non-uniform continuous segments of one dimensional and beam systems. A power series expansion method is presented for determining approximate transmission matrices of any order for segments of non-uniform systems whose solutions cannot be found in closed form. This direct series method is shown to give results comparable to those of the improved lumped parameter models for one dimensional systems.

Four types of lumped parameter models are evaluated on the basis of the uniform continuous one dimensional system by comparing the behavior of the frequency root errors. The lumped parameter models which are based upon a close fit to the low frequency approximation of the exact transmission matrix, at the segment level, are shown to be superior. On this basis an improved lumped parameter model is recommended for approximating non-uniform segments. This new model is compared to a uniform segment approximation and error curves are presented for systems whose areas very quadratically and linearly. The effect of varying segment lengths is investigated for one dimensional systems and results indicate very little improvement in comparison to the use of equal length segments. For purposes of completeness, a brief summary of various lumped parameter models and other techniques which have previously been used to approximate the uniform Bernoulli-Euler beam is a given.