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Título: Forecasting the impacts of climate change with non-stationary models of regional population density
Autores: Samson, Jason
Fecha: 2011
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Biology - Ecology
Descripción: Ecological forecasts under climate change are essential to inform biodiversity conservation plans but their non-falsifiable nature requires a thorough evaluation of their framework. Most ecological forecasts under climate change use ecological niche models that correlate environmental variables with the presence or regional density of a species, assuming that the current environmental niche occupied by a species can be used to anticipate its response to environmental change. Despite the large number of ecological forecasts under climate change that have been recently published, most of them are limited to predicting presence using climate variables as predictors. Here I evaluate the importance of incorporating non-climate predictors of regional density in ecological niche models. Given the greater spatial heterogeneity in regional density data compared to presence data, I used geographically weighted regression (GWR), an ecological niche model providing a spatially-explicit description of the influence of ecological predictors. I focused on North American beaver (Castor canadensis) regional density in Québec, Canada, and on human (Homo sapiens) populations in the United States and across the world because of the availability of accurate data on regional density patterns as well as potential non-climatic correlates of regional density. The influence of non-climate predictors of beaver regional density was very important in six commonly used ecological niche models. GWR models of beaver regional density performed as well as the other six ecological models used and the spatial representations of the influence of ecological predictors obtained with GWR models were broadly congruent with current ecological knowledge of beavers. Approximately half the variation in human regional density across the world was explained by GWR models based on climate conditions. Combining these GWR models with forecasted climate change models and forecasted demographic change models led to the first spatially-explicit, global human vulnerability index to climate change. There was a significant negative correlation between the predicted vulnerability to climate change and the per-capita CO2 emissions, suggesting a moral hazard in international climate change policies. The demographic trends in the United States during the 20th century were more strongly correlated with climate variables than socio-economical variables. Additionally, the regional demographic trends were such that the average climate conditions experienced by American citizen became hotter and drier throughout the century. The demographically driven temperature change was six times greater than the natural temperature change. Non-stationary ecological niche models of regional density represent a useful tool in the development of climate change forecasts and adaptation policy for biodiversity in general and human societies in particular.
Les prédictions écologiques dans un contexte de changements climatiques sont essentielles pour l'élaboration de plans de gestion de la biodiversité. Par contre, il est important de s'assurer qu'elles sont conçues de manière appropriée puisqu'elles sont scientifiquement infalsifiables. La majorité de ces prédictions utilise des modèles de niche écologique basés sur des corrélations entre la présence ou la densité régionale d'une espèce et des variables environnementales, en supposant que la niche écologique actuelle d'une espèce peut nous permettre d'anticiper sa réaction face à des conditions environnementales différentes. Malgré le nombre important d'études sur le sujet, la plupart d'entre elles se limite à prédire la distribution d'une espèce en fonction de variables climatiques. J'évalue dans cette thèse l'importance de variables non-climatiques dans les modèles de niche écologique de densité régionale. Compte tenu que la densité régionale d'une espèce a une plus grande hétérogénéité spatiale que sa simple présence, j'ai utilisé des régressions pondérées géographiquement (RPG). Ces RPGs sont des modèles de niche écologique qui permettent de visualiser spatialement l'influence des variables utilisées pour modéliser la niche écologique d'une espèce. Mes analyses sont basées sur le castor (Castor canadensis) au Québec et sur les populations humaines (Homo sapiens) aux États-Unis et sur la planète parce que nous avons des données précises tant sur leur densité régionale que sur les facteurs environnementaux qui peuvent influencer leur densité régionale. Les densités régionales du castor étaient fortement influencées par des facteurs non-climatiques selon six modèles de niche écologique fréquemment utilisés. Les RPGs ont été aussi performant que ces six modèles de niche écologique et la représentation spatiale de l'influence des variables utilisées pour décrire la niche écologique du castor est en accord avec nos connaissances écologiques actuelles. Des RPGs basées sur quelques variables climatiques m'ont permis d'expliquer environ la moitié de la variation des densités régionales humaines sur la planète. J'ai créé le premier indice global et quantitatif des vulnérabilités humaines aux changements climatiques en combinant ces RPGs avec des prévisions démographiques des Nations-Unies. Les vulnérabilités prédites par mes modèles sont significativement négativement corrélées avec les émissions de CO2 per-capita; ce qui suggère un risque subjectif inhérent dans les négations internationales sur les changements climatiques. Les tendances démographiques aux États-Unis durant le 20ième siècle étaient plus fortement corrélées avec des variables climatiques qu'avec des variables socio-économiques. De plus, les tendances démographiques régionales ont fait que la température ressentie par les américains a augmenter au cours du dernier siècle. Ces changements de températures ressentie causés par les tendances démographiques régionales sont six fois plus important que les changements de températures d'origine naturelle. Les modèles de niche écologique spatialement non-stationnaire de densité régionale représente un outil important dans le développement de prédictions écologiques dans un contexte de changements climatiques et peuvent contribuer à l'amélioration des politiques d'adaptations aux changements climatiques tant pour la biodiversité que pour les sociétés humaines.
Idioma: en