ΧΩΡΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΣΧΟΛΕΙΩΝ ΝΕΑΡΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΤΗΣ ΣΑΡΔΕΛΑΣ (Sardina pilchardus W.) ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΒΟΡΕΙΟΥ ΑΙΓΑΙΟΥ Πυρουνάκη M.Μ. 1,2, Γιαννουλάκη Μ. 1, Τσαγκαράκης Κ. 1,2, Μαχιάς Α. 1 1 Ινστιτούτο Θαλάσσιων Βιολογικών Πόρων, Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών, pirounaki@her.hcmr.gr, 2 Τμήμα Βιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης Περίληψη Ακουστικά δεδομένα από την περιοχή του Θρακικού πελάγους και του Στρυμονικού κόλπου (Ιούνιος 2004-2006) χρησιμοποιήθηκαν για τη μοντελοποίηση της αφθονίας του οπισθοανακλώμενου ήχου των σχολείων νεαρών ατόμων σαρδέλας (Sardina pilchardus) σε σχέση με δορυφορικά περιβαλλοντικά δεδομένα. Η μοντελοποίηση έγινε με Γενικευμένα Προσθετικά Μοντέλα (GAMs) για τον εντοπισμό περιοχών στις οποίες επικρατούν περιβαλλοντικές συνθήκες που συνδέονται με μεγάλες αφθονίες οπισθοανακλώμενου ήχου νεαρών ατόμων σαρδέλας και επομένως αποτελούν δυνητικά ενδιαιτήματα γι αυτά στην ευρύτερη περιοχή του Θρακικού πελάγους και του Στρυμονικού κόλπου. Τα αποτελέσματα του τελικού μοντέλου δείχνουν ότι οι πιθανές περιοχές συγκέντρωσης των νεαρών ατόμων σαρδέλας εντοπίζονται κυρίως κοντά στις ακτές και σε περιοχές με έντονη επίδραση ποταμών. Παρόμοια ενδιαιτήματα έχει παρατηρηθεί ότι προτιμούν τα νεαρά άτομα του είδους στην ευρύτερη περιοχή της Ελλάδας και της Μεσογείου. Λέξεις κλειδιά: Υδροακουστικά, Οριζόντια κατανομή, Δυνητικό ενδιαίτημα νεαρών ατόμων, Μικρά πελαγικά, Γενικευμένα Προσθετικά Μοντέλα. SPATIAL MODELLING OF THE PRESENCE OF JUVENILE SARDINE (Sardina pilchardus W.) SCHOOLS IN RELATION TO SATELLITE ENVIRONMENTAL DATA IN THE NOTHERN AEGEAN SEA Pyrounaki M. M. 1,2, Giannoulaki M. 1, Tsagarakis Κ. 1,2, Machias A. 1 1 Institute of Marine Biological Resources, Hellenic Centre for Marine Research, pirounaki@her.hcmr.gr 2 Biology Department, University of Crete Abstract Acoustic and satellite environmental data were used to model the echo backscattering strength of juvenile sardine (Sardina pilchardus) schools in the Thracian Sea and Strymonikos gulf (northern Aegean Sea, June 2004-2006). Generalized Additive Models (GAMs) were used to identify those areas in the Thracian Sea and the Strymonikos gulf that could potentially support high abundances of juvenile sardine. The results of the final model indicated that those areas are mainly located in coastal areas that are under in the influence of rivers outflow. Similar sardine juvenile habitats have been indicated in other areas of the Mediterranean Sea. Keywords: Hydroacoustics, Horizontal distribution, Potential juvenile habitat, Small pelagic, Generalized Additive Models. 1. Εισαγωγή Η σαρδέλα (Sardina pilchardus W.) μαζί με το γαύρο (Engraulis encrasicolus L.) αποτελούν τα δύο πιο σημαντικά μικρά πελαγικά είδη όσον αφορά στην οικονομία της Μεσογείου (Lleonart & Maynou, 2003) και αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 40% των συνολικών ετήσιων εκφορτώσεων. Στην Ελλάδα, τα είδη αυτά αποτελούν το 18% με 25% των συνολικών εκφορτώσεων και το 60% με 70% των συνολικών εκφορτώσεων από γρι-γρι (Stergiou et al., 1997). Η γνώση των παραγόντων που επηρεάζουν την κατανομή των νεαρών ατόμων των μικρών πελαγικών είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της οικολογία τους αλλά και για την αλιευτική διαχείριση που απαιτείται για την -901-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ διατήρηση των αποθεμάτων τους (Freon & Misund 1999; Reynolds et al., 2001). Παρά τη σημασία του, υπάρχει κενό στη γνώση όσον αφορά στο συσχετισμό των περιβαλλοντικών συνθηκών με την κατανομή των νεαρών ατόμων των ειδών αυτών. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν ακουστικά δεδομένα από κοπάδια νεαρών ατόμων σαρδέλας, δορυφορικά περιβαλλοντικά δεδομένα και στατιστικά μοντέλα ως εύχρηστα εργαλεία για τον εντοπισμό των περιβαλλοντικών συνθηκών στις περιοχές που αποτελούν ενδιαιτήματα των νεαρών ατόμων της σαρδέλας. Στη συνέχεια εκτιμήθηκαν οι μεταβολές στο χώρο και στο χρόνο. Η πληροφόρηση μας στο θέμα αυτό συμβάλει στη λήψη διαχειριστικών αποφάσεων (π.χ. επιλογή προστατευόμενων περιοχών), καθώς και στο σχεδιασμό στοχευμένης έρευνας για την εκτίμηση της αφθονίας των νεαρών ατόμων σαρδέλας. 2. Υλικά και Μέθοδοι 2.1 ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Τα ακουστικά δεδομένα συλλέχθηκαν με ηχοβολιστικό Biosonics Split Beam DT-X 38 khz κατά τη διάρκεια τριών ερευνητικών αποστολών με το «Ε/Σ ΦΙΛΙΑ» που πραγματοποιήθηκαν στο Στρυμονικό κόλπο και το Θρακικό πέλαγος τον Ιούνιο του 2004-2006. Ο ηχοβολισμός ήταν συνεχής κατά την πορεία του σκάφους και κατά μήκος προκαθορισμένων παράλληλων διατομών (Εικ. 1). Οι αποστάσεις μεταξύ των διατομών ήταν 10 nmi και η ταχύτητα του σκάφους κατά τη διάρκεια του ηχοβολισμού 8 nmi/h. Στη συνέχεια, η επεξεργασία των αποτελεσμάτων του κάθε ερευνητικού ταξιδιού πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό πρόγραμμα Sonardata Echoview v4.30. Το μέγεθος της Στοιχειώδους Μονάδας Δειγματοληψίας (Elementary Distance Sampling Unit - EDSU), δηλαδή το μήκος της πορείας του σκάφους που γίνεται ολοκλήρωση του ήχου, σύμφωνα με τους MacLennan & Simmonds (1992) ήταν το 1 nmi και ως μονάδα μέτρησης του οπισθοανακλώμενου ήχου χρησιμοποιήθηκε το m 2 /nmi 2 (Nautical Area Scattering Coefficient NASC). Εικ. 1: Προκαθορισμένες διατομές όπου πραγματοποιήθηκε ο ηχοβολισμός τον Ιούνιο του 2004-2006 (μαύρες γραμμές) και τοπωνύμια της περιοχής μελέτης (Π: ποταμός, Κ: κόλπος). Για την απόδοση των κοπαδιών σε είδος και σε νεαρά ή ενήλικα άτομα διεξήχθησαν αναγνωριστικές σύρσεις με δειγματοληπτική πελαγική τράτα κατά μήκος των ακουστικών διατομών, ώστε να εξασφαλιστούν αντιπροσωπευτικά δείγματα της κατανομής των ειδών και της κατά μήκος σύνθεσης στην περιοχή μελέτης. Οι σύρσεις έγιναν με ταχύτητα 3,5-4,5 knots και ταυτόχρονα με την αλιεία πραγματοποιήθηκε και ηχοβολισμός. Η αλιεία συγκεκριμένων σχολείων που διεξάχθηκε ταυτόχρονα με τον ηχοβολισμό τους επέτρεψε τη σύγκριση των ακουστικών δεδομένων (δηλ. στόχων στα αντίστοιχα ηχογράμματα) με τη σύσταση του αλιεύματος, και στη συνέχεια τη διάκριση των σχολείων των νεαρών ατόμων γαύρου/σαρδέλας από αυτά των ενηλίκων στα ηχογράμματα, σύμφωνα με τα μορφομετρικά χαρακτηριστικά τους. -902-
2.2 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά στοιχεία τα οποία δίνουν μια ικανοποιητική εικόνα των αντίστοιχων περιβαλλοντικών παραμέτρων ανά μήνα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν οι μέσες μηνιαίες τιμές της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της θάλασσας (Sea Surface Temperature - SST σε o C), της συγκέντρωσης της χλωροφύλλης-α (CHLO σε mg/m 3 ), της φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας (PAR σε Ein/m 2 /day), της αλατότητας στην επιφάνεια της θάλασσας (Sea Surface Salinity - SSS in psu,) και της μεταβολής του επιπέδου της θάλασσας (Sea Level Anomaly - SLA σε cm) στην περιοχή του Θρακικού πελάγους και του Στρυμονικού κόλπου τον Ιούνιο του 2004, 2005 και 2006, σε ανάλυση 4 km 2. Τα δορυφορικά στοιχεία συλλέχθηκαν μέσω διαδικτύου από αντίστοιχες βάσεις δεδομένων (ecoweb.dlr.de:8080, oceancolor.gsfc.nasa.gov, iridl.ldeo.columbia.edu, www. jason.oceanobs.com). 2.3 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Γενικευμένα Προσθετικά Μοντέλα (GAMs) (Hastie & Tibshirani 1990) εφαρμόστηκαν σε αφθονίες οπισθοανακλώμενου ήχου (NASC σε m 2 /nmi 2 ) σχολείων νεαρών ατόμων σαρδέλας (από το σύνολο της περιόδου 2004-2006) και περιβαλλοντικά δορυφορικά δεδομένα για να προσδιοριστούν οι περιβαλλοντικές παράμετροι που περιγράφουν περιοχές που μπορούν να αποτελέσουν δυνητικά ενδιαιτήματα των νεαρών ατόμων της σαρδέλας. Η επιλογή του τελικού μοντέλου βασίστηκε στην ελαχιστοποίηση του κριτηρίου Generalized Cross-Validation score (GCVscore), καθώς και στη μεγιστοποίηση του ποσοστού απόκλισης που ερμηνεύεται από το μοντέλο (deviance explained-de, 0-100%). Επίσης, επιλέχθηκαν ο cubic spline εξομαλυντής s (Hamming, 1973) για την εισαγωγή των περιβαλλοντικών παραμέτρων στο μοντέλο και η quasipoisson ως κατανομή σφαλμάτων. Τέλος, εξετάστηκαν όλες η πρώτης τάξεως αλληλεπιδράσεις των παραμέτρων που συμπεριλήφθησαν στο τελικό μοντέλο. H mgcv (Wood, 2006) βιβλιοθήκη του στατιστικού λογισμικού της R (R Development Core Team, 2005) χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή των μοντέλων. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν GIS (Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών) τεχνικές για να απεικονιστούν σε χάρτη όλες οι θέσεις στην ευρύτερη περιοχή του Θρακικού και Στρυμονικού κόλπου, όπου υπάρχουν συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες που συνδέονται με αφθονίες ήχου νεαρών ατόμων σαρδέλας, με βάση τις μέσες μηνιαίες τιμές δορυφορικών δεδομένων από τον Ιούνιο 2004-2006. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τις ακουστικές μετρήσεις στο πεδίο. 3. Αποτελέσματα Η SST, η SSS και η PAR ήταν οι παράμετροι που εισέρχονταν στο τελικό μοντέλο των νεαρών ατόμων σαρδέλας (Πίν. 1) και βρέθηκαν στατιστικά σημαντικές για επίπεδο σημαντικότητας 0,05. Τα αποτελέσματα πρόβλεψης του μοντέλου γενικά συμφωνούν με τις μετρηθείσες τιμές των ακουστικών δεδομένων, ωστόσο με μια τάση εκτίμησης χαμηλότερων ακραίων τιμών. Οι χάρτες κατανομής των περιβαλλοντικών συνθηκών που συνδέονται με αφθονίες ήχου των νεαρών ατόμων σαρδέλας στον Στρυμονικό κόλπο και το Θρακικό πέλαγος για τον Ιούνιο 2004, 2005, 2006 παρουσιάζονται στην Εικόνα 2. -903-
9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, 2009 - Proceedings, Volume ΙΙ Πίνακας 1: Ανάλυση της απόκλισης (των σφαλμάτων) που εξηγούν οι συμμεταβλητές του τελικού GAM για την αφθονία ήχου (NASC) των νεαρών ατόμων της σαρδέλας στο Στρυμονικό κόλπο και το Θρακικό πέλαγος τον Ιούνιο του 2004-2006. SSS: αλατότητα στην επιφάνεια της θάλασσας, SST: θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, PAR: φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία. Ως επίπεδο σημαντικότητας ορίζεται το 0,05. GCVscore: Generalized Cross-Validation score, P-value: τιμή σημαντικότητας. Παράμετροι Υπολειπόμενοι βαθμοί ελευθερίας Υπολειπόμενη απόκλιση Ποσοστό απόκλισης που εξηγείται (%) GCVscore p-value Αρχικό μοντέλο 476 191627,6 1601 s(sss) 470,1 161506,6 16 345 <<0.000 s(sss)+s(sst) 464,8 121643,6 36,5 269 <<0.000 s(sss)+s(sst)+s(par) 458,2 92732,7 51,6 211 <<0.000 Συνολική απόκλιση (%) που εξηγείται 51,6 4. Συμπεράσματα - Συζήτηση Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης τα πιθανά ενδιαιτήματα των νεαρών ατόμων της σαρδέλας εντοπίζονται σε περιοχές, όπως ο Στρυνομικός κόλπος, ο κόλπος της Καβάλας, ο Βιστονικός κόλπος, η περιοχή μεταξύ της Σαμοθράκης και της ηπειρωτικής ακτής και γενικά ρηχότερα από την ισοβαθή των 90 m. Οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται από την έντονη επίδραση ποταμών (Στρυμόνας, Νέστος, Έβρος) καθώς και από την παρουσία του αντικυκλώνα της Σαμοθράκης, παράγοντες που αυξάνουν την παραγωγικότητα σε αυτές και τη διαθεσιμότητα της τροφής για τα νεαρά άτομα των μικρών πελαγικών (Σωμαράκης, 1999; Giannoulaki et al., 2004). Εικ. 2: Χάρτες κατανομής περιβαλλοντικών συνθηκών που συνδέονται με εύρη τιμών αφθονίας ήχου (NASC) των νεαρών ατόμων σαρδέλας στο Θρακικό πέλαγος και το Στρυμονικό κόλπο τον Ιούνιο του 2004-2006. Ισοβαθής των 90m (διακεκομμένες γραμμές). -904-
Τα αποτελέσματα όσον αφορά στα πρότυπα κατανομής των νεαρών ατόμων της σαρδέλας που παρατηρήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας συμφωνούν με αναφορές για άλλες περιοχές της Ελλάδας και της Μεσογείου. Σε ό,τι αφορά στις ελληνικές θάλασσες, έχει αναφερθεί ότι συγκεντρώνονται σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από τοπικά, εποχιακά ανοδικά ρεύματα ή/και εκβολές ποταμών, όπως οι παράκτιες περιοχές του βορείου τμήματος του Κορινθιακού και Πατραϊκού κόλπου (Machias et al., 2001). Επίσης, στη Μεσόγειο ως περιοχές συγκέντρωσης νεαρών ατόμων σαρδέλας αναφέρονται παράκτιες περιοχές στον κόλπο των Λεόντων (Bigot, 2007), και το Δέλτα του ποταμού Έμπρο στη Β. Ισπανία (Giráldez et al., 2005). Η προσέγγιση της παρούσας εργασίας δείχνει ότι η χρήση δορυφορικών δεδομένων σε συνδυασμό με στατιστικά μοντέλα παρουσίας/απουσίας μπορεί να αποτελέσει ένα μέσο για τη μελέτη και την παρακολούθηση της μεταβολής των περιβαλλοντικών συνθηκών που χαρακτηρίζουν το ενδιαίτημα ενός είδους στο χώρο και το χρόνο. Περαιτέρω, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για τη διερεύνηση πεδίων για τα οποία υπάρχει ελλιπής πληροφορία. 5. Ευχαριστίες Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος SARDONE - Improving assessment and management of small pelagic species in the Mediterranean (Contract no.: FP6-44294). Οι δειγματοληψίες έγιναν στα πλαίσια του Εθνικού Προγράμματος Συλλογής Αλιευτικών Δεδομένων του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων. Ευχαριστούμε τον καπετάνιο και το πλήρωμα του «Ε/Σ ΦΙΛΙΑ» για τη βοήθειά τους κατά τη διάρκεια των δειγματοληψιών. 8. Βιβλιογραφικές Αναφορές Bigot, J.L., 2007. Stock Assessment form regarding Sardina pilchardus in the Gulf of Lions, GSA07 GFCM SCSA, Working Group on the Small Pelagic, Athens. Freon, P. & Misund, O.A., (Eds) 1999. Dynamic of Pelagic Fish Distribution and Behaviour: Effects on Fisheries and Stock Assessment. Fishing New Books, Oxford. Giannoulaki, M., Machias, A., Somarakis, S. & Tsimenides, N., 2004. The spatial distribution of anchovy and sardine in the northern Aegean Sea in relation to hydrographic regimes. Belgian Journal of Zoology, 134 (1): 43-48. Giraldez, A., Torres, P., Quintanilla, L. & Baro, J., 2005. Anchovy (Engraulis encrasicolus) and sardine (Sardina pilchardus) Stock Assessment in the GFCM Geographical Sub-Area 01 (Northern Alboran Sea) and 06 (Northern Spain). WD to the GFCM SCSA, Working Group on the Small Pelagic, Roma, 26-30 September 2005. Hamming, R.W., (Ed) 1973. Numerical methods for scientists and engineers. New York, McGraw-Hill, 721 pp. Hastie, T. & Tibshirani, R., (Eds) 1990. Generalized Additive Models. Chapman and Hall, London, 355 pp. Lleonart, J. & Maynou, F., 2003. Fish stock assessment in the Mediterranean: state of the art. Scientia Marina, 67 (1): 37-49. Machias, A., Somarakis, S., Magoulas, A. & Koutsikopoulos, C., 2001. Evaluation of the southern Greek sardine stocks. Contract No 98/030. Final Report to EU, 105 pp. MacLennan, D.N. & Simmonds, E.J., (Eds) 1992. Fisheries Acoustics. Chapman & Hall, London. R Development Core Team, 2005. R: A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing, ISBN 3-900051-00-3, URL. http://www.r-project.org Reynolds, J.D., Mace, G.M., Redford, K.H. & Robinson, J.G., (Eds) 2001. Conservation of Exploited Species. Cambridge University Press, 544 pp. Stergiou, K.I., Christou, E.D., Georgopoulos, D., Zenetos, A. & Souvermezoglou, E., 1997. The Hellenic Seas: physics, chemistry, biology and fisheries. Oceanogr Mar Biol Ann Rev, 35: 415 538. Wood, S.N., (Ed) 2006. Generalized Additive Models. An Introduction with R. Chapman & Hall, London. Σωμαράκης, Σ., 1999. Ιχθυοπλαγκτό του Βορειο-ανατολικού Αιγαίου με έμφαση στο γαύρο Engraulis encrasicolus (Linnaeus, 1758) (Ιούνιος 1993,1994,1995,1996). Διδακτορική διατριβή. Πανεπιστήμιο Κρήτης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Βιολογίας. -905-