Rêbazek fêrbûnê ya neçavdêrkirî ji bo destnîşankirina parêzgehên ekolojîk ên deryayî yên gerdûnî (eko-parêzgeh) li ser bingeha strukturên civata plankton û daneya herikîna xurek tê pêşniyar kirin.Rêbaza parêzgehek ekolojîk a yekbûyî ya sîstematîk (SAGE) dikare parêzgehên ekolojîk di modelên ekosîstema pir nehêl de nas bike.Ji bo ku bi hevrêziya ne-Gaussian ya daneyan re were adaptekirin, SAGE ji bo kêmkirina pîvanê t-vekêşana cîranê rasthatî (t-SNE) bikar tîne.Bi arîkariya sepana dengî ya ku li ser bingeha algorîtmaya komkirina mekan a-based density (DBSCAN)-ê ye, ji sed parêzgehên ekolojîk dikarin bêne nas kirin.Bi karanîna nexşeya pêwendiyê bi cûdahiyên ekolojîk re wekî pîvanek dûrbûnê, parêzgehek ekolojîk a hevgirtî (AEP) bi objektîf di nav parêzgehên ekolojîk ên hêlînkirî de tê destnîşankirin.Bi karanîna AEP-ê, kontrolkirina rêjeya peydakirina xurek li ser avahiya civatê hate lêkolîn kirin.Eko-parêzgeh û AEP yekta ne û dikarin ji şîrovekirina modelê re bibin alîkar.Ew dikarin berhevdana di navbera modelan de hêsantir bikin û dibe ku têgihiştin û çavdêriya ekosîstemên deryayî zêde bikin.
Parêzgeh ew herêm in ku biyografiya tevlihev a li ser behrê an jî bejahiyê di nav deverên hevgirtî û watedar de hatine birêxistinkirin (1).Ev parêzgeh ji bo danberhevkirin û berevajîkirina cihan, taybetmendiya çavdêriyan, şopandin û parastinê pir girîng in.Têkiliyên tevlihev û ne-xêz ên ku van parêzgehan hildiberînin, rêbazên fêrbûna makîneya bêserûber (ML) ji bo destnîşankirina parêzgehan bi awayekî objektîf pir maqûl dike, ji ber ku hevrêziya di daneyan de tevlihev û ne-Gaussian e.Li vir, rêbazek ML tê pêşniyar kirin, ku bi rêkûpêk parêzgehên ekolojîk ên deryayî (eko-parêzgehên) yekta ji modela fizîkî/ekosîstema sê-alî (3D) ya gerdûnî ya Darwin (2) nas dike.Têgîna "yekane" tê bikar anîn ku nîşan bide ku devera hatî destnîşankirin bi têra xwe bi deverên din re li hev nake.Ji vê rêbazê re rêbaza Pergala Yekgirtî ya Ekolojîk (SAGE) tê gotin.Ji bo pêkanîna dabeşkirina bikêr, pêdivî ye ku rêbazek algorîtmayê rê bide (i) dabeşkirina gerdûnî û (ii) analîzek pir-pîvan a ku dikare di cîh û zeman de were hêlîn/kom kirin (3).Di vê lêkolînê de, pêşî rêbaza SAGE hate pêşniyar kirin û parêzgehên ekolojîk ên hatine destnîşankirin hatin nîqaş kirin.Eko-parêzgeh dikarin têgihîştina faktorên ku avahiya civatê kontrol dikin pêşve bibin, ji bo stratejiyên çavdêriyê nihêrînên kêrhatî peyda bikin, û alîkariya şopandina guhertinên di ekosîstemê de bikin.
Parêzgehên bejayî bi gelemperî li gorî wekheviyên avhewa (barîn û germahî), ax, nebat, û faunayê têne dabeş kirin, û ji bo rêveberiya alîkar, lêkolîna cihêrengiya biyolojîk, û kontrolkirina nexweşiyan têne bikar anîn (1, 4).Naskirina parêzgehên deryayî dijwartir e.Piraniya zîndeweran mîkroskopî ne, bi sînorên şilî ne.Longhurst et al.(5) Yek ji yekem dabeşên gerdûnî yên Wezareta Okyanografiyê li ser bingeha şert û mercên jîngehê peyda kir.Di pênaseya van parêzgehên "Longhurst" de guhêrbarên wekî rêjeya tevlihevkirinê, qatbûn, û tîrêjê, û her weha ezmûna berfireh a Longhurst wekî okyanûsnasek deryayî, ku şertên din ên girîng ji bo ekosîstemên deryayî hene, vedihewîne.Longhurst bi berfirehî hate bikar anîn, mînakî, ji bo nirxandina hilberîna seretayî û herikîna karbonê, alîkariya masîgiran, û plansazkirina çalakiyên çavdêriya li cîh (5-9).Ji bo danasîna parêzgehan bi awayekî objektîftir, rêbazên wekî mantiqa fuzzy û komkirina/îstatîstîkên bêserîvan ên herêmê hatine bikaranîn (9-14).Armanca van rêbazan ew e ku strukturên watedar ên ku dikarin parêzgehan di daneyên çavdêriyê yên berdest de nas bikin, nas bikin.Mînakî, parêzgehên deryayî yên dînamîkî (12) nexşeyên xwe-rêxistinkirinê bikar tînin da ku deng kêm bikin, û komkirina hiyerarşîk (li ser darê) bikar tînin ji bo destnîşankirina hilberên rengê deryayî yên ku ji satelaytên herêmî têne peyda kirin [klorofîl a (Chl-a), bilindahiya xeta floransê ya normalîzekirî û maddeya organîk a bi rengîn] û qada fizîkî (germahiya rûyê deryayê û xwêbûna, topografiya dînamîkî ya bêkêmasî û qeşaya deryayê).
Struktura civatê ya plankton metirsîdar e ji ber ku ekolojîya wê bandorek mezin li ser astên xurdemeniyên bilind, vegirtina karbonê û avhewa heye.Digel vê yekê, hîn jî armancek dijwar û neçar e ku meriv parêzgehek ekolojîk a gerdûnî li ser bingeha avahiya civata plankton diyar bike.Satelaytên rengîn ên deryayî bi potansiyel dikarin li ser senifandina qalind a fîtoplanktonê têgihiştinê peyda bikin an avantajên komên fonksiyonel pêşniyar bikin (15), lê ew aniha nekarin agahdariya berfireh li ser avahiya civakê bidin.Anketên dawî [mînak Okyanûsa Tara (16)] pîvandinên nedîtî yên avahiya civakê peyda dikin;niha, li ser asta gerdûnî tenê çavdêriyên li cîhê hindik hene (17).Lêkolînên berê bi giranî "Parêzgeha Biogeokîmyayî" (12, 14, 18) li ser bingeha destnîşankirina wekheviyên biyokîmyayî (wek hilberîna seretayî, Chl û ronahiya berdest) destnîşan kirine.Li vir, modela jimareyî ji bo derketinê tê bikaranîn [Darwin(2)], û parêzgeha ekolojîk li gorî avahiya civatê û herikîna xurek tê destnîşankirin.Modela jimareyî ya ku di vê lêkolînê de hatî bikar anîn xwedan bergiriya gerdûnî ye û dikare bi daneyên zeviyê yên heyî (17) û qadên hestiyariya dûr (Note S1) re were berhev kirin.Daneyên modela hejmarî yên ku di vê lêkolînê de hatine bikar anîn xwedan avantaja vegirtina gerdûnî ye.Ekosîstema modelê ji 35 cureyên fîtoplankton û 16 cureyên zooplanktonan pêk tê (ji kerema xwe re li materyal û rêbazan binihêrin).Cûreyên plankton ên model bi strukturên hevrêziya ne-Gaussian re bi rengek nehêlî têkilî didin, ji ber vê yekê rêbazên tespîtkirinê yên hêsan ji bo destnîşankirina qalibên yekta û hevgirtî di strukturên civatê yên nû de ne guncaw in.Rêbaza SAGE ya ku li vir hatî destnîşan kirin rêgezek nû peyda dike ku meriv hilberîna modelên kompleks ên Darwîn kontrol bike.
Kapasîteyên veguherîner ên hêzdar ên zanistiya daneyê / teknolojiya ML dikare çareseriyên modela pir tevlihev bihêle ku di hevkêşana daneyê de strukturên tevlihev lê zexm eşkere bikin.Rêbazek bihêz wekî rêbazek ku dikare encamên di nav rêzek xeletiyek diyarkirî de bi dilsozî dubare bike tê pênase kirin.Tewra di pergalên hêsan de, destnîşankirina qalib û nîşaneyên zexm dikare bibe dijwariyek.Heya ku aqilê ku berbi şêwaza çavdêrîkirî ve tête diyar kirin, dibe ku tevliheviya derketî tevlihev / dijwar xuya bike ku çareser bibe.Pêvajoya sereke ya sazkirina pêkhateya ekosîstema xwezayê nehêl e.Hebûna danûstendinên ne-xêzkirî dikare dabeşkirina zexm tevlihev bike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku meriv ji rêbazên ku texmînên xurt di derheqê dabeşkirina statîstîkî ya bingehîn a hevkêşana daneyê de texmînên xurt çêdikin dûr bikevin.Daneyên bilind-dimensî û nehêl di okyanûsografiyê de hevpar in û dibe ku xwedan avahiyek covarîansê bi topolojiya tevlihev, ne-Gaussian be.Her çend daneyên bi avahiyek hevrêziya ne-Gaussian dikare dabeşkirina zexm asteng bike jî, rêbaza SAGE nû ye ji ber ku ew ji bo naskirina komikên bi topolojiyên keyfî hatî çêkirin.
Armanca rêbaza SAGE ew e ku bi objektîvî qalibên derketine nas bike ku dibe ku arîkariya têgihîştina ekolojîk bêtir bike.Li dû karûbarek li ser bingeha komê ya mîna (19), guhêrbarên herikîna ekolojîk û xurek têne bikar anîn da ku di daneyan de yekane komê, ku jê re parêzgeha ekolojîk tê gotin, were destnîşankirin.Rêbaza SAGE ya ku di vê lêkolînê de hatî pêşniyar kirin (Wêne 1) ewil bi berhevkirina komên fonksiyonel ên planktonê yên ku ji berê ve hatine destnîşan kirin mezinahiyê ji 55 ber 11 pîvanan kêm dike (binihêre Materyal û Rêbaz).Bi karanîna rêbaza cîranê t-random (t-SNE), mezinahî bi projekirina îhtimalê li cîhê 3D kêm dibe.Kombûna neçavdêrî dikare deverên ekolojîkî yên nêzik nas bike [komkirina cîhê-based density-based (DBSCAN) ji bo sepanên deng-based].Hem t-SNE û hem jî DBSCAN ji bo daneyên modela hejmarî yên ekosîstema xwerû yên ne-xêz têne sepandin.Dûv re parêzgeha ekolojîk a ku derketî li ser rûyê erdê ji nû ve proje bike.Zêdetirî sed parêzgehên ekolojîk ên bêhempa hatine destnîşankirin, ku ji bo lêkolînên herêmî guncan in.Ji bo ku modela ekosîstema domdar a gerdûnî were hesibandin, rêbaza SAGE tê bikar anîn da ku parêzgehên ekolojîk li parêzgehên ekolojîk ên hevgirtî (AEP) berhev bike da ku bandora parêzgehên ekolojîk baştir bike.Asta kombûnê (ku jê re "tevlihevî" tê gotin) dikare li gorî asta hûrguliya hewce were sererast kirin.Kêmtirîn tevliheviya AEP-ya zexm diyar bikin.Meydana hilbijartinê rêbaza SAGE ye û vekolîna bûyerên AEP-ê yên herî piçûktir e da ku kontrolkirina avahiya civata acîl diyar bike.Dûv re ew nimûne dikarin werin analîz kirin da ku têgihiştinên ekolojîk peyda bikin.Rêbaza ku li vir hatî destnîşan kirin di heman demê de dikare ji bo berhevdana modelan bi berfirehî were bikar anîn, mînakî, bi nirxandina cîhên parêzgehên ekolojîk ên wekhev ên ku di modelên cûda de têne dîtin da ku cûdahî û wekheviyan ronî bike, da ku modelan bidin ber hev.
(A) Diyagrama şematîkî ya xebata xebatê ji bo destnîşankirina parêzgeha ekolojîk;di koma fonksiyonel de berhevokê bikar tîne da ku daneyên orîjînal ên 55-dimensî kêm bike berbi hilberek modelek 11-alî, tevî biomasa heft planktonên fonksiyonel / xurek û çar rêjeyên peydakirina xurek.Nirxa neguhêz û qada berfê ya domdar.Daneyên standard kirin û standard kirin.Daneyên 11-alî pêşkêşî algorîtmaya t-SNE bikin ku ji hêla îstatîstîkî ve hevbendiyên taybetmendiyê wekhev ronî bike.DBSCAN dê bi baldarî komê hilbijêre ku nirxa parametreyê destnîşan bike.Di dawiyê de daneyan vegere pêşandana dirêjahî / dirêjahî.Ji kerema xwe bala xwe bidin ku ev pêvajo 10 caran tê dubare kirin ji ber ku dibe ku bi sepandina t-SNE-ê randomek sivik çêbibe.(B) rave dike ka meriv çawa AEP-ê bi dûbarekirina xebata di (A) de 10 caran digire.Ji bo her yek ji van 10 pêkanînan, matrixa cihêrengiya Bray-Curtis (BC) ya nav-parêzgehê li ser bingeha biomasa 51 celebên fîtoplanktonê hate destnîşankirin.Cûdahiya BC ya di navbera parêzgehan de diyar bikin, ji tevliheviya 1 AEP heya tevliheviya tevahî 115. Pîvana BC ji hêla parêzgeha Longhurst ve hatî danîn.
Rêbaza SAGE hilberîna modela hejmarî ya fizîkî/ekosîstem a gerdûnî ya 3D bikar tîne da ku parêzgeha ekolojîk diyar bike [Darwin (2);Binêre Materyal û Rêbaz û Nîşe S1].Pêkhateyên ekosîstemê ji 35 cureyên fîtoplankton û 16 cureyên zooplanktonan pêk tên, bi heft komên fonksiyonel ên ji berê ve hatine diyarkirin: prokaryotes û eukaryotên ku li hawîrdorên kêm-xwarinî hatine adaptekirin, koksîdiyên bi cilê karbonatê kalsiyûmê, û nîtrojenê giran bi nîtrojenê ve girêdayî ye. maddeyên girîng), bi serpêhatiya silicî, dikarin fotosenteza planktonên din û çêrkirina flagelên xurekên tevlihev û şivanên zooplanktonê bikin.Mezinahiya paşîn ji 0,6 heta 2500 μm pîvana spherîkî ya wekhev e.Dabeşkirina modela mezinahiya phytoplankton û koma fonksiyonel taybetmendiyên giştî yên ku di çavdêriyên satelîtê û li cîh de têne dîtin digire (li Figure S1 heta S3 binêre).Wekheviya di navbera modela hejmarî û okyanûsa çavdêrîkirî de destnîşan dike ku parêzgehên ku ji hêla modelê ve hatine destnîşankirin dibe ku ji bo okyanûsa li cîhê bicîh bibin.Ji kerema xwe bala xwe bidin ku ev model tenê cûrbecûr cûrbecûr phytoplankton, û tenê hin rêzikên zorê yên fîzîkî û kîmyewî yên okyanûsa li cîh digire digire.Rêbaza SAGE dikare mirovan bihêle ku mekanîzmaya kontrolê ya pir herêmî ya avahiya civata model çêtir fam bikin.
Di her grûpek fonksiyonel a planktonê de tenê berhevoka biomasa rûkalê (bi navgîniya dema 20 salan) ve, mezinahiya daneyan dikare were kêm kirin.Piştî ku lêkolînên berê rola wan a sereke di sazkirina strukturên civatê de nîşan dan, ew di heman demê de şertên çavkaniya rûkalê ji bo herikandina xurek (darkirina nîtrojen, hesin, fosfat û asîda silicic) jî vedihewîne [mînak (20, 21)].Kombûna komên fonksiyonel pirsgirêkê ji 55 (51 plankton û 4 herikîna xurdemeniyê) berbi 11 pîvanan kêm dike.Di vê lêkolîna destpêkê de, ji ber astengiyên hesabker ên ku ji hêla algorîtmê ve hatine ferz kirin, guhêrbariya kûrahî û demê nehate hesibandin.
Rêbaza SAGE dikare têkiliyên girîng ên di navbera pêvajoyên nehêl û taybetmendiyên sereke yên danûstendinên di navbera biomasa koma fonksiyonel û herikîna xurek de nas bike.Bikaranîna daneyên 11-alî yên li ser bingeha rêbazên fêrbûna dûr a Euclidean (wek K-navgîn) nikare parêzgehên pêbawer û dubare bi dest bixe (19, 22).Ji ber ku di belavkirina bingehîn a hevkêşeya hêmanên sereke yên ku parêzgeha ekolojîk diyar dikin de şeklê Gaussian nayê dîtin.K-navgînên şaneyên Voronoi (xêzên rast) nikarin belavkirina bingehîn a ne-Gaussian biparêzin.
Biomasa heft komên fonksiyonel ên plankton û çar herikîna xurek vektorek x-ya 11-alî pêk tîne.Ji ber vê yekê, x li ser tora modelê zeviyek vektor e, ku her hêmanek xi vektorek 11-alî ya ku li ser tevna horizontî ya modelê hatî destnîşan kirin temsîl dike.Her index i yekta xalek şebekî li ser qonaxê destnîşan dike, ku (lon, lat) = (ϕi, θi).Ger biomasa yekîneya tora modelê ji 1,2×10-3mg Chl/m3 kêmtir be an rêjeya vegirtina berfê ji %70 derbas bibe, têketina daneyên biomassê tê bikar anîn û avêtin.Daneyên normalîzekirin û standardîzekirin e, ji ber vê yekê hemî dane di nav rêza [0 heta 1] de ne, navgîn tê rakirin û li gorî cûdahiya yekîneyê tê pîvandin.Ev tê kirin da ku taybetmendî (biomass û herikîna xurdemeniyê) bi berevajîkirina di rêza nirxên gengaz de neyên sînordar kirin.Clustering divê têkiliya guherînê ji dûrahiya îhtîmala sereke ya di navbera taybetmendiyan de bigire ne ji dûrahiya erdnîgarî.Bi hejmartina van dûran re, taybetmendiyên girîng derdikevin holê, dema ku hûrguliyên nepêwîst têne avêtin.Ji hêla ekolojîk ve, ev pêdivî ye ji ber ku hin cûreyên phytoplankton bi biomasa piçûktir dibe ku xwedî bandorên biyogeokîmyayî yên mezintir bin, wek rastkirina nîtrojenê ji hêla bakteriyên diazotrofî ve.Dema standardkirin û normalîzekirina daneyan, dê van celebên hevkêşan bêne ronî kirin.
Bi balkişandina nêzikbûna taybetmendiyan di cîhê-dimensîyona bilind de di temsîla kêm-alî de, algorîtmaya t-SNE tê bikar anîn da ku deverên mînahev ên heyî zelaltir bikin.Xebatên berê yên ku bi mebesta avakirina torên neuralî yên kûr ji bo sepanên hestiyariya dûr t-SNE bikar anîn, ku jêhatiya xwe di veqetandina taybetmendiyên sereke de îsbat kir (23).Ev gavavêtinek pêdivî ye ku meriv di daneyên taybetmendiyê de kombûnek zexm nas bike dema ku ji çareseriyên ne-hevhevokî dûr dikeve (not S2).Bi karanîna kernelên Gaussian, t-SNE taybetmendiyên îstatîstîkî yên daneyan diparêze bi nexşeya her tiştê pir-dimensînor li xalek di qada qonaxa 3D de, bi vî rengî piştrast dike ku îhtîmala tiştên mîna hev di rêyên bilind û nizm de di cîhek bilind de zêde ye. cîhê pîvan (24).Ji ber komek N tiştên pîvazên bilind x1,…,xN, algorîtmaya t-SNE bi kêmkirina cudahiya Kullback-Leibler (KL) kêm dibe (25).Cûdabûna KL pîvanek e ku dabeşkirina îhtimalê ji dabeşkirina îhtîmala referansa duyemîn çiqas cûda ye, û dikare bi bandor îhtîmala pêwendiya di navbera nûneratiyên kêm-alî yên taybetmendiyên bilind-dimensî de binirxîne.Ger xi di qada N-alî de i-mîn e, xj di qada N-alî de j-mîn e, yi li cîhê nizm-alî de j-mîn e û yj jî di qada nizm de j-mîn e. -cihê dîmensîyonel, wê demê t -SNE îhtîmala wekheviyê diyar dike ppj∣i = exp(-∥xi-xj∥2/2σi2)∑k≠iexp(-∥xi-xk∥2/2σi2), û ji bo koma kêmkirina dimensîyonê q∣j = (1+ ∥ yi-yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Figure 2A bandora kêmkirina vektorên biomass û herikîna xurdemeniyê ya berhevoka 11-dimensî bo 3D diyar dike.Motîvasyona serîlêdana t-SNE dikare bi motîvasyona analîza pêkhateya bingehîn (PCA) re were berhev kirin, ku taybetmendiya cûdabûnê bikar tîne da ku li qada / taybetmendiya daneyê balê bikişîne, bi vî rengî pîvanê kêm dike.Rêbaza t-SNE hate dîtin ku di peydakirina encamên pêbawer û dubarekirî de ji bo Eco-Wezaretê ji PCA-yê bilindtir e (binêre Nîşe S2).Ev dibe ku ji ber ku texmîna ortogonalîteyê ya PCA-yê ji bo destnîşankirina danûstendinên krîtîk ên di navbera taybetmendiyên înteraktîf ên pir nehêl de ne maqûl e, ji ber ku PCA balê dikişîne ser strukturên hevrêziya xêzik (26).Bi karanîna daneyên hestiyariya dûr, Lunga et al.(27) diyar dike ka meriv çawa rêbaza SNE-ê bikar tîne da ku taybetmendiyên spektral ên tevlihev û nehêl ên ku ji belavkirina Gaussian vediqetin ronî bike.
(A) Rêjeya dabînkirina xurek a modelkirî, biomasa koma fonksiyonel a phytoplankton û zooplanktonê ku ji hêla algorîtmaya t-SNE ve hatî kişandin û li gorî parêzgeha bi karanîna DBSCAN ve hatî reng kirin.Her nuqteyek di cîhê-dimensîyona bilind de nuqteyek temsîl dike, wekî ku di jimar 6B de tê xuyang kirin, pir xal têne girtin.Şaft bi pîvanên "t-SNE" 1, 2 û 3 vedibêjin. (B) Pêşniyara erdnîgarî ya parêzgehê ku ji hêla DBSCAN-ê ve li ser tora dirêjahî-dirêj a bingehîn hatî dîtin.Reng divê wekî her rengî were hesibandin, lê divê bi (A) re têkildar be.
Xalên di nexşeya belavbûna t-SNE ya di xêza 2A de bi rêzdarî bi dirêjahî û dirêjahî ve girêdayî ne.Ger her du xalên di Xiflteya 2A de nêzî hev bin, ev ji ber ku biyomass û herikîna xurekên wan dişibin hev, ne ji ber nêzîkbûna erdnîgarî ye.Rengên di Figure 2A de komik in ku bi rêbaza DBSCAN (28) hatine vedîtin.Dema ku li çavdêriyên zexm digere, algorîtmaya DBSCAN di temsîla 3D de dûrahiya di navbera xalan de bikar tîne (ϵ = 0,39; ji bo agahdariya li ser vê bijareyê, li Materyal û Rêbaz binêre), û ji bo danasîna komê jimara xalên wekhev hewce ye (li vir 100 xal, ji kerema xwe li jor binêre).Rêbaza DBSCAN di derheqê şekil an hejmara komikên daneyan de, wekî ku li jêr tê xuyang kirin, texmînan nake:
3) Ji bo hemî xalên ku di nav dûrahiya hundur de têne nas kirin, gavê 2 dubare dubare bikin da ku sînorê komê diyar bikin.Ger hejmara xalan ji nirxa herî kêm a destnîşankirî mezintir be, ew wekî komek tê destnîşan kirin.
Daneyên ku bi metrika ϵ ya herî kêm endam û dûrahiya komê nagirin "deng" têne hesibandin û reng nayên destnîşankirin.DBSCAN di rewşa herî xirab de bi performansa O(n2) algorîtmayek bilez û berbelav e.Ji bo analîza heyî, ew bi rastî ne rasthatî ye.Hejmara herî kêm xalan ji hêla nirxandina pispor ve tê destnîşankirin.Piştî sererastkirina dûrbûnê, encam di navbera ≈±10 de têra xwe ne aram e.Ev dûrahî bi karanîna pêwendiyê (Wêne 6A) û rêjeya vegirtina deryayê (Wêne 6B) tête danîn.Têkilî wekî hejmara pêkhatî ya koman tê pênase kirin û ji pîvana ϵ re hesas e.Têkiliya jêrîn nîşan dide ku têrê nake, herêmên bi sûnî li hev kom dike.Girêdana bilind zêdebûn nîşan dide.Dibe ku meriv kêmtirînek bilindtir bikar bîne, lê heke hindiktirîn ji ca derbas bibe, ne gengaz e ku meriv çareseriyek pêbawer bi dest bixe.135 (Ji bo bêtir agahdarî, li Materyal û Rêbaz binêre).
115 komikên ku di jimar 2A de hatine nasîn, di xêza 2B de dîsa li ser erdê têne pêşandan.Her reng bi berhevokek hevgirtî ya faktorên biyogeokîmyayî û ekolojîk ên ku ji hêla DBSCAN ve hatine nas kirin re têkildar e.Dema ku kom hatin destnîşankirin, hevgirtina her xalek di Figure 2A de bi dirêjahî û dirêjahîyek taybetî tête bikar anîn da ku koman vegere qada erdnîgarî.Figure 2B vê yekê bi heman rengên komê wekî Figure 2A nîşan dide.Rengên wekhev divê wekî wekheviya ekolojîk neyê şîrove kirin, ji ber ku ew bi rêza ku kom ji hêla algorîtmê ve têne kifş kirin têne destnîşan kirin.
Qada di Xiflteya 2B de dikare ji hêla kalîteyê ve dişibihe herêmek sazkirî di fizîkî û / an biyogeokîmyaya deryayê de.Mînakî, komikên li Okyanûsa Başûr dever-simetrîk in, bi gurzên olîgotrofî xuya dibin, û veguheztina tûj bandora bayên bazirganiyê destnîşan dike.Mînakî, li Okyanûsa ekvatorî, herêmên cihêreng ên bi bilindbûnê ve girêdayî têne dîtin.
Ji bo têgihîştina hawîrdora ekolojîk a Eko-Parêzgehê, ji bo nirxandina ekolojîya di komê de guhertoyek nîşana cûdahiya Bray-Curtis (BC) (29) hate bikar anîn.Nîşana BC daneyek statîstîkî ye ku ji bo pîvandina cûdahiya avahiya civakê di navbera du malperên cihê de tê bikar anîn.Pîvana BC ji bo biomasa 51 cureyên fîtoplankton û zooplanktonê BCninj = 1-2CninjSni + Snj derbasdar e.
BCninj hevsengiya di navbera kombînasyona ni û kombînasyona nj de vedibêje, ku Cninj nirxa herî kêm a celebek biyomasê ye ku di her du berhevokên ni û nj de heye, û Sni berhevoka hemî biomasên ku di her du berhevokên ni û Snj de hene temsîl dike.Cûdahiya BC dişibihe pîvana dûrbûnê, lê di cîhê ne-Euclidean de dixebite, ku îhtîmal e ku ji bo daneyên ekolojîk û şirovekirina wê maqûltir be.
Ji bo her koma ku di xêza 2B de hatî destnîşan kirin, wekheviya BC ya hundur-parêzgeh û nav-parêzgeh dikare were nirxandin.Cûdahiya berî zayînê di nav parêzgehekê de ferqa di navbera nirxa navînî ya parêzgehê û her xalek parêzgehê de vedibêje.Cûdahiya di navbera parêzgehên BC de dişibihe wekheviya di navbera parêzgehek û parêzgehên din de.Figure 3A matrixek BC ya sîmetrîk nîşan dide (0, reş: bi tevahî têkildar; 1, spî: bi tevahî cûda).Di grafîkê de her rêzek di daneyê de nimûneyek nîşan dide.Xiflteya 3B girîngiya erdnîgarî ya encamên BC di Xiflteya 3A de ji bo her parêzgehekê nîşan dide.Ji bo parêzgehek li herêmek kêm-xwarin û kêm-xwarinê, Figure 3B nîşan dide ku hevsengiya deverên mezin ên li dora ekvator û Okyanûsa Hindî bi bingehîn dişibin hev, lê deverên bilindtir û deverên bilind bi girîngî cûda ne.
(A) Rêjeya cûdahiya BC ji bo her parêzgehê li ser bingeha navînî ya gerdûnî ya gerdûnî ya 20-salî ya 51 plankton tê nirxandin.Bala xwe bidin simetrîya hêvîkirî ya nirxan.(B) Pêşkêşkirina cîhê stûnek (an rêzek).Ji bo parêzgehek di çemberek dîstrofîk de, belavkirina gerdûnî ya pîvana wekheviya BC hate nirxandin, û navîniya gerdûnî ya 20-salî hate nirxandin.Reş (BC = 0) tê wateya heman deverê, û spî (BC = 1) tê wateya tunebûnê.
Figure 4A ferqa di BC de di nav her parêzgehek 2B de diyar dike.Bi karanîna hevbendiya navînî ya qada navîn a di komekê de, û destnîşankirina cihêrengiya di navbera BC û navînî ya her xala torê ya li parêzgehê de, destnîşan dike ku rêbaza SAGE dikare 51 celeb li ser bingeha wekheviya ekolojîk bi rengek baş ji hev veqetîne. daneyên modelê.Cûdahiya navîn a koma BC ya hemî 51 celeb 0,102±0,0049 e.
(A, B, û D) Cûdahiya BC di hundurê parêzgehê de wekî ferqa navînî ya BC di navbera her civata xala torê û parêzgeha navîn de tê nirxandin, û tevlihevî kêm nabe.(2) Cûdahiya navîn a gerdûnî ya BC ya hundurîn-parêzgehê 0.227±0.117 e.Ev pîvana dabeşkirina bingeha motîvasyona ekolojîk e ku ji hêla vê xebatê ve hatî pêşniyar kirin [xeta kesk di (C) de].(C) Cûdahiya navînî ya BC ya hundur-parêzgehê: Xeta reş cûdahiya BC ya hundur-parêzgehê digel zêdebûna tevliheviyê temsîl dike.2σ ji 10 dubarekirina pêvajoya nasnameya eko-parêzgehê tê.Ji bo tevheviya tevliheviya parêzgehên ku ji hêla DBSCAN ve hatî vedîtin, (A) nîşan dide ku cihêrengiya BC li parêzgehê 0.099 e, û dabeşkirina tevliheviyê ya ku ji hêla (C) ve hatî pêşniyar kirin 12 ye, di encamê de cûdahiyek BC 0.200 li parêzgehê ye.wek ku wêne nîşan dide.(D).
Di jimar 4B de, biomasa 51 celeb plankton tê bikar anîn ku cûdahiya BC ya wekhev li parêzgeha Longhurst temsîl bike.Rêjeya giştî ya her parêzgehê 0.227 e, û veguheztina standard a xalên torê li gorî cûdahiya parêzgeha BC 0.046 e.Ev ji koma ku di Xiflteya 1B de hatiye naskirin mezintir e.Di şûna wê de, bi karanîna berhevoka heft komên fonksiyonel, navgîniya cûdahiya BC ya hundurîn-demsalê li Longhurst gihîşt 0.232.
Nexşeya gerdûnî ya eko-parêzgehê hûrguliyên tevlihev ên danûstendinên ekolojîk ên yekta peyda dike û di karanîna tevahiya avahiya ekosîstema parêzgeha Longhurst de çêtirkirin hatine çêkirin.Tê çaverêkirin ku Wezareta Ekolojiyê di pêvajoya kontrolkirina ekosîstema modela hejmarî de têgihiştinek peyda bike û ev têgihîştin dê alîkariya lêgerîna xebatên zeviyê bike.Ji bo mebesta vê lêkolînê, ne mimkûn e ku bi tevahî ji sed parêzgehan were xuyang kirin.Di beşa paşîn de rêbaza SAGE ku parêzgehan bi kurtî vedibêje destnîşan dike.
Yek ji armancên parêzgehê pêşxistina têgihiştina cih û rêveberiya parêzgehê ye.Ji bo destnîşankirina rewşên acîl, rêbaza di Figure 1B de hêlîna parêzgehên ku ji hêla ekolojîkî ve dişibin hev diyar dike.Eko-parêzgeh li ser bingeha wekheviya ekolojîk li hev têne kom kirin û ji komkirina parêzgehan re AEP tê gotin.Li ser bingeha jimara giştî ya parêzgehan ku têne hesibandin "tevliheviyek" verastkirî saz bikin.Peyva "tevlihevî" tê bikar anîn ji ber ku ew dihêle ku asta taybetmendiyên acîl were sererast kirin.Ji bo danasîna berhevokên watedar, cûdahiya navînî ya BC ya hundurîn-parêzgehê ya 0.227 ji Longhurst wekî pîvan tê bikar anîn.Li jêr vê pîvanê, parêzgehên hevgirtî êdî bikêr nayên hesibandin.
Wekî ku di jimar 3B de tê xuyang kirin, parêzgehên ekolojîk ên gerdûnî hevgirtî ne.Bi karanîna cûdahiyên BC-ya nav-parêzgehê, tê dîtin ku hin veavakirin pir "hevbeş" in.Bi îlhama genetîk û rêbazên teoriya grafikan, "grafikên girêdayî" têne bikar anîn da ku 100 parêzgehan li gorî parêzgehên ku herî dişibin wan de rêz bikin.Metrîka "girêdanê" li vir bi karanîna ciyawaziya BC ya navbera parêzgehan tê destnîşankirin (30).Hejmara parêzgehên ku ji bo dabeşkirina 100 parêzgehan cîhê wan mezintir e, li vir dikare wekî tevlihevî were binav kirin.AEP hilberek e ku zêdetirî 100 parêzgehan wekî parêzgehên ekolojîk ên herî serdest/nêzîkî kategorîze dike.Her parêzgehek ekolojîk ji parêzgehek ekolojîk a serdest/pir girêdayî ye ku herî zêde dişibihe wan.Ev kombûna ku ji hêla cûdahiya BC ve hatî destnîşankirin rê dide nêzîkatiyek hêlînek ji ekolojiya gerdûnî re.
Tevliheviya hilbijartî dikare her nirxek ji 1-ê heya tevliheviya tevahî ya FIG be.2A.Di tevliheviya kêmtir de, AEP dibe ku ji ber gavê kêmkirina pîvana îhtîmalî (t-SNE) dejenere bibe.Dejenerasyon tê vê wateyê ku parêzgehên ekolojîk dikarin di navbera dubareyan de ji AEP-yên cihêreng re werin veqetandin, bi vî rengî qada erdnîgarî ya ku tê vegirtin biguhezînin.Figure 4C belavbûna cûdahiyên BC di hundurê parêzgehan de di AEP-ên zêdekirina tevliheviyê de di nav 10 pêkanînan de nîşan dide (nîşana di Figure 1B de).Di Figure 4C de, 2σ (herêma şîn) di 10 pêkanînan de pîvanek hilweşandinê ye, û xeta kesk pîvana Longhurst temsîl dike.Rastiyan îsbat kir ku tevliheviya 12 dikare cûdahiya BC ya li parêzgehê di hemî pêkanînan de li jêr pîvana Longhurst bihêle û hilweşînek 2σ-ya piçûktir biparêze.Bi kurtahî, tevliheviya herî hindik a pêşniyarkirî 12 AEP e, û cûdahiya navînî ya BC ya hundurîn-parêzgehê ku bi karanîna 51 celeb plankton têne nirxandin 0.198±0.013 e, wekî ku di Figure 4D de tê xuyang kirin.Bi karanîna berhevoka heft komên fonksiyonel ên planktonê, ferqa navînî ya BC di hundurê parêzgehê de 2σ e li şûna 0,198±0,004.Berhevdana di navbera cûdahiyên BC de ku bi tevahî biomasa heft komên fonksiyonel an jî biomasa hemî 51 celeb plankton têne hesibandin destnîşan dike ku her çend rêbaza SAGE ji bo rewşa 51-dimensî tê sepandin jî, ew ji bo biomasa giştî ya heft komên fonksiyonel e. Ji bo perwerdehiyê.
Bi armanca lêkolînek ve girêdayî, astên cûda yên tevliheviyê têne hesibandin.Lêkolînên herêmî dibe ku tevliheviya tevahî hewce bike (ango, hemî 115 parêzgehan).Wek mînakek û ji bo zelaliyê, tevliheviya herî kêm a pêşniyarkirî ya 12-ê bifikirin.
Wekî mînakek karanîna rêbaza SAGE, 12 AEP bi tevliheviya herî kêm 12 li vir têne bikar anîn da ku kontrolkirina avahiya civata acîl bikolin.Xiflteya 5 têgihiştinên ekolojîk ên ku ji hêla AEP ve hatine kom kirin (ji A heya L) destnîşan dike: Di stoichiometry Redfield de, berfirehiya erdnîgarî (Wêne 5C), pêkhateya biomasa koma fonksiyonel (Wêne 5A) û dabînkirina xurek (Wêne 5B) ji hêla N Zoomed ve têne kirin.Rêjeya (N:Si:P:Fe, 1:1:16:16×103) tê nîşandan.Ji bo panela paşîn, P bi 16-ê û Fe bi 16 × 103 zêde dibe, ji ber vê yekê grafika barkê bi hewcedariyên xwarina fîtoplanktonê re wekhev e.
Parêzgeh di nav 12 AEPs A heta L. (A) Biomass (mgC/m3) ekosîstemên li 12 parêzgehan têne dabeş kirin.(B) Rêjeya herikîna xurek a nîtrojena înorganîk (N), hesin (Fe), fosfat (P) û asîda silicîk (Si) (mmol / m3 salekê) ya ku tê hilweşandin.Fe û P, bi rêzê, bi 16 û 16 × 103 têne zêdekirin, ji ber vê yekê tîrêj li gorî hewcedariyên stoichiometriya phytoplankton têne standard kirin.(C) Cûdahiya di navbera herêmên polar, cyclones subtropical û deverên sereke yên demsalî / bilindbûnê de binihêrin.Qereqolên çavdêriyê bi vî awayî hatine nîşankirin: 1, SAT;2, ALOHA;3, qereqola P;û 4, BATS.
AEP-ya ku hatî nas kirin yekta ye.Li derûdora ekvatorê li Okyanûsa Atlantîk û Pasîfîk hinek simetrî heye, û li Okyanûsa Hindî deverek bi vî rengî lê mezinbûyî heye.Hin AEP li aliyê rojavayî yê parzemînê ku bi hilkişînê ve girêdayî ye hembêz dikin.Herikîna Circumpolar ya Pola Başûr wekî taybetmendiyek mezin a zonalê tê hesibandin.Ciklona Subtropîkal rêzek tevlihev a AEP-ê ya olîgotrofî ye.Li van parêzgehan, şêwaza naskirî ya cûdahiyên biomasê di navbera vortên oligotrofî yên serdest ên plankton û herêmên polar ên dewlemend ên diatom de diyar e.
AEP bi biomasa giştî ya phytoplankton pir dişibihe dikarin xwedan strukturên civatê yên pir cihê bin û deverên cihêreng ên erdnîgarî, wek D, H, û K, yên ku xwedan biomasa giştî ya fîtoplanktonê ne, vedigirin.AEP H bi giranî li Okyanûsa Hindî ya ekvatorî heye, û bêtir bakteriyên diazotrofî hene.AEP D di gelek hewzan de tê dîtin, lê ew bi taybetî li Pasîfîkê li dora deverên bilind-hilberîn ên li dora bilindbûna ekvatorî diyar e.Şêweya vê parêzgeha Pasîfîkê, trêneke pêlên gerstêrkan tîne bîra mirov.Di AEP D de çend diazobacteria hene, û bêtir kons hene.Li gorî her du parêzgehên din, AEP K tenê li bilindahiyên Okyanûsa Arktîk tê dîtin, û diyatom zêdetir û kêm plankton hene.Hêjayî gotinê ye ku rêjeya planktonê li van her sê herêman jî pir cuda ye.Di nav wan de, pirbûna plankton a AEP K bi nisbeten kêm e, lê ya AEP D û H bi nisbeten bilind e.Ji ber vê yekê, tevî biomasa wan (û ji ber vê yekê dişibin Chl-a), ev parêzgeh pir cûda ne: Dibe ku ceribandina parêzgeha Chl-ê van cûdahiyan negire.
Di heman demê de diyar e ku hin AEP bi biomasa pir cûda dibe ku di warê avahiya civata phytoplankton de mîna hev bin.Mînakî, ev di AEP D û E de xuya ye. Ew nêzî hev in, û li Okyanûsa Pasîfîkê, AEP E nêzî AEPJ-a pir hilber e.Bi heman rengî, di navbera biomasa phytoplankton û pirbûna zooplankton de têkiliyek zelal tune.
AEP dikare di warê xurdemeniyên ku ji wan re têne peyda kirin de were fam kirin (Wêne 5B).Diatom tenê li cîhên ku têr acîda silicic heye hene.Bi gelemperî, peydakirina asîda silicic zêde dibe, biomasa diatoman jî bilindtir dibe.Diatom di AEP A, J, K û L de têne dîtin. Rêjeya biomasa diatomê li gorî fîtoplanktonên din ji hêla N, P û Fe ve girêdayî li gorî daxwaziya diatomê tê destnîşankirin.Mînakî, AEP L ji hêla diatoman ve serdest e.Li gorî hêmanên din, Si xwedan peydakirina herî bilind e.Berevajî vê, tevî hilberîna bilindtir, AEP J kêmtir diatom û kêm peydakirina silicon heye (hemû û bi maddeyên din re têkildar).
Bakteriyên diazonium xwedan şiyana rastkirina nîtrojenê ye, lê hêdî hêdî mezin dibin (31).Ew bi fîtoplanktonên din re hevjîniyê dikin, ku hesin û fosfor li gorî daxwaziya xurekên ne-diazonium pir zêde ne (20, 21).Hêjayî gotinê ye ku biomasa diazotrofî bi nisbeten zêde ye, û dabînkirina Fe û P li gorî peydakirina N bi nisbeten mezin e. Bi vî rengî, her çend biomasa giştî ya di AEP J de zêdetir be jî, biomasa diazonium di AEP H de ye. ji ya J mezintir. Ji kerema xwe bala xwe bidin ku AEP J û H ji hêla erdnîgarî ve pir cûda ne, û H li Okyanûsa Hindî ya ekvatorî ye.
Ger avahiya ekosîstemê ya yekta li parêzgehan neyê dabeş kirin, têgihiştinên ku ji 12 modelên tevliheviya herî hindik a AEP-ê hatine bidestxistin dê ew qas zelal nebin.AEP-a ku ji hêla SAGE ve hatî hilberandin berhevkirina hevgirtî û hevdem a agahdariya tevlihev û-dimensîyonî ya ji modelên ekosîstema hêsan dike.AEP bi bandor tekez dike ku çima Chl ne rêbazek baş û alternatîf e ji bo destnîşankirina strukturên civatê an pirbûna zooplankton di astên xurekên bilind de.Analîzek berfireh a mijarên lêkolînê yên domdar li derveyî çarçoweya vê gotarê ye.Rêbaza SAGE rêyek peyda dike ku meriv mekanîzmayên din ên di modelê de vegerîne ku ji dîtina xal-bi-xal hêsantir e.
Rêbaza SAGE ji bo zelalkirina daneyên ekolojîk ên pir tevlihev ên ji modelên hejmarî yên gerdûnî / biyogeokîmyayî / ekosîstemê tê pêşniyar kirin.Parêzgeha ekolojîk ji hêla biyomasa tevahî ya komên fonksiyonê yên xaç-plankton ve, serîlêdana algorîtmaya kêmkirina dimensîyonê ya îhtîmala t-SNE û komkirina bi karanîna rêbaza ML ya neçavdêrkirî DBSCAN ve tê destnîşankirin.Cûdahî / teoriya grafîkî ya nav-parêzgehî ya BC ji bo rêbaza hêlînê tête sepandin da ku AEP-ek bihêz a ku dikare ji bo şîrovekirina gerdûnî were bikar anîn.Di warê avakirinê de, Eko-Parêzgeh û AEP yekta ne.Hêlîna AEP-ê dikare di navbera tevliheviya tevahî ya parêzgeha ekolojîk a orjînal û bendava herî kêm a pêşniyarkirî ya 12 AEP-ê de were sererast kirin.Çêkirin û destnîşankirina tevliheviya hindiktirîn a AEP-ê wekî gavên bingehîn têne hesibandin, ji ber ku îhtîmala t-SNE AEP-ên ji tevliheviya <12 dejenere dike.Rêbaza SAGE gerdûnî ye, û tevliheviya wê ji> 100 AEP heta 12 diguhere. Ji bo sadebûnê, bala niha li ser tevliheviya 12 AEP-yên gerdûnî ye.Lêkolînên paşerojê, nemaze lêkolînên herêmî, dibe ku binkeyek cîhê piçûktir a eko-parêzgehên gerdûnî kêrhatî bibîne, û dibe ku li deverek piçûktir were berhev kirin da ku ji heman têgihîştina ekolojîkî ya ku li vir hatî nîqaş kirin sûd werbigire.Ew pêşniyarên li ser ka van parêzgehên ekolojîk û nihêrînên ku ji wan hatine bidestxistin çawa dikarin ji bo têgihiştina ekolojîkî ya din werin bikar anîn, berhevdana modelê hêsan bikin, û bi potansiyel çavdêriya ekosîstemên deryayî çêtir bikin pêşkêş dike.
Parêzgeha ekolojîk û AEP-a ku bi rêbaza SAGE-yê hatine tespît kirin li gorî daneyên modela jimareyî ne.Ji hêla pênase ve, modela hejmarî avahiyek hêsankirî ye, ku hewl dide ku cewhera pergala armanc bigire, û modelên cihêreng dê xwedan dabeşkirina cûda ya plankton bin.Modela hejmarî ya ku di vê lêkolînê de hatî bikar anîn nikare bi tevahî hin şêwazên çavdêrîkirî bigire (mînakî, di texmînên Chl de ji bo herêma ekvatorî û Okyanûsa Başûr).Tenê beşek piçûk a cihêrengiya di okyanûsa rastîn de tê girtin, û meso û jêr-mesoscales nayên çareser kirin, ku dibe ku bandorê li herikîna xurek û avahiya civatê ya piçûktir bike.Tevî van kêmasiyan, derdikeve holê ku AEP di alîkariya têgihiştina modelên tevlihev de pir bikêr e.Bi nirxandina ku parêzgehên ekolojîk ên wekhev têne dîtin, AEP amûrek berhevdana modela hejmarî ya potansiyel peyda dike.Modela jimareyî ya heyî şêwaza giştî ya fîtoplanktonê Chl-a ji dûr ve û belavkirina mezinahiya plankton û koma fonksiyonel digire (Not S1 û Figure S1) (2, 32).
Wekî ku ji hêla 0.1 mgChl-a/m-3 ve hatî xuyang kirin, AEP li qada olîgotrofîk û qada mezotrofîk (Wêne S1B) tê dabeş kirin: AEP B, C, D, E, F û G deverên olîgotrofîk in, û deverên mayî ne. bi cih Chl-a Bilind.AEP bi parêzgeha Longhurst (Wêne S3A) re hin pêwendiyan nîşan dide, mînakî, Okyanûsa Başûr û Pasîfîkê ya ekvatorî.Li hin herêman, AEP gelek herêmên Longhurst vedigire, û berevajî.Ji ber ku mebesta veqetandina parêzgehên li vê herêmê û Longhurst cuda ye, tê pêşbînîkirin ku cudahî hebin.Gelek AEP li parêzgehek Longhurst destnîşan dikin ku hin deverên bi biyogeochemistiya wekhev dibe ku xwedan strukturên ekosîstema pir cûda bin.AEP pêwendiyek bi rewşên laşî re destnîşan dike, wekî ku bi karanîna fêrbûna bêserûber (19) ve hatî xuyang kirin, wek mînak di dewletên bilindbûna bilind de (mînak, Okyanûsa Başûr û Pasîfîk ekvatorî; Figure S3, C û D).Van pêwendiyan destnîşan dikin ku avahiya civatê ya plankton bi tundî ji hêla dînamîkên deryayê ve tê bandor kirin.Li deverên wekî Atlantîka Bakur, AEP li parêzgehên fîzîkî derbas dibe.Mekanîzmaya ku dibe sedema van cûdahiyan dibe ku pêvajoyên wekî veguheztina tozê, ku dikare di bin şert û mercên laşî yên wekhev de jî rê li ber bernameyên xwarinê bi tevahî cûda bigire.
Wezareta Ekolojiyê û AEP diyar kirin ku bi karanîna Chl tenê nikare pêkhateyên ekolojîk nas bike, ji ber ku civaka ekolojiyê ya deryayî jixwe fêm kiriye.Ev di AEP-ên bi biomasa wekhev de lê pêkhateya ekolojîk a girîng (wekî D û E) de tê dîtin.Berevajî vê, AEP-ên wekî D û K xwedî biomasa pir cûda lê pêkhateya ekolojîkî ya wekhev in.AEP tekez dike ku têkiliya di navbera biomass, pêkhateya ekolojîk û pirbûna zooplankton de tevlihev e.Mînakî, her çend AEP J di warê biomasa fîtoplankton û planktonê de cihê xwe digire, AEP-yên A û L xwedan biomasa planktonek wekhev in, lê A-ya xwedan pirbûna planktonek bilindtir e.AEP tekez dike ku biomasa phytoplankton (an Chl) nikare ji bo pêşbînkirina biomasa zooplankton were bikar anîn.Zooplankton bingeha zincîra xwarina masîvaniyê ye, û texmînên rasttir dibe ku rê li rêveberiya çavkaniyê çêtir bigire.Satelaytên rengîn ên deryayê yên pêşerojê [mînak, PACE (plankton, aerosol, ewr û ekosîstema deryayî)] dibe ku çêtir bi cih bibin da ku alîkariya texmînkirina avahiya civatê ya phytoplankton bikin.Bikaranîna pêşbîniya AEP-ê bi potansiyel dikare texmîna zooplanktonê ji fezayê hêsantir bike.Rêbazên mîna SAGE, digel teknolojiyên nû, û bêtir û bêtir daneyên zeviyê yên ku ji bo lêkolînên rastiya erdê peyda dibin (wek Tara û lêkolîna şopandinê), dikarin bi hev re gavekê berbi çavdêriya tenduristiya ekosîstema-based satelîtê bavêjin.
Rêbaza SAGE ji bo nirxandina hin mekanîzmayên ku taybetmendiyên parêzgehê kontrol dikin, wekî biomass / Chl, hilberîna seretayî ya netî, û avahiya civakê rêyek hêsan peyda dike.Mînakî, mîqdara têkildar a diatoman ji hêla bêhevsengiya peydakirina Si, N, P, û Fe ve li gorî hewcedariyên stokyometrî yên fîtoplanktonê tê destnîşan kirin.Di rêjeyek peydakirina hevseng de, civak ji hêla diatom (L) ve serdest e.Dema ku rêjeya dabînkirinê bêhevseng be (ango, peydakirina silicon ji daxwaziya xurek a diatoman kêmtir e), diatom tenê beşek piçûk Parve dike (K).Dema ku dabînkirina Fe û P ji peydakirina N zêdetir bibe (mînak, E û H), dê bakteriyên diazotrof bi hêz mezin bibin.Di çarçoveya ku ji hêla AEP ve hatî peyda kirin, lêgerîna mekanîzmayên kontrolê dê bikêrtir bibe.
Eko-Parêzgeh û AEP qadên bi strukturên civakê yên wekhev in.Rêzeya dema ji deverek diyarkirî di nav parêzgehek ekolojîk an AEP de dikare wekî xalek referansê were hesibandin û dikare qada ku ji hêla parêzgeha ekolojîk an AEP ve hatî vegirtin temsîl bike.Qereqolên çavdêriyê yên demdirêj rêzikên demdirêj peyda dikin.Komîteyên daneyên demdirêj ên li cîhê dê berdewam bikin ku rolek bêhesab bilîzin.Ji perspektîfa çavdêriya avahiya civatê, rêbaza SAGE dikare wekî rêyek were dîtin ku ji bo destnîşankirina cîhê herî bikêrhatî ya malperên nû bibe alîkar.Mînakî, rêzikên demê ji nirxandina jîngeha olîgotrofî ya demdirêj (ALOHA) di AEP B ya qada olîgotrofî de ye (Wêne 5C, nîşana 2).Ji ber ku ALOHA nêzî sînorê AEP-a din e, dibe ku rêzikên demê nûnertiya tevahiya deverê nebin, wekî ku berê hate pêşniyar kirin (33).Di heman AEP B de, rêza demjimêr SEATS (Rêzên Demjimêr ên Asyaya Başûr) li başûrê rojavayê Taywanê ye (34), ji sînorên AEP-yên din dûrtir e (Wêne 5C, nîşana 1), û dikare wekî cîhek çêtir were bikar anîn ji bo şopandinê. AEPB.Rêzeya demê ya BATS (Lêkolîna Rêzeya Demê ya Atlantîka Bermuda) (Wêne 5C, nîşana 4) di AEPC de pir nêzîkê sînorê di navbera AEP C û F de ye, ku ev yek destnîşan dike ku çavdêriya AEP C bi karanîna rêzikên demê BATS rasterast dibe ku pirsgirêk be.Stasyona P di AEP J de (Wêne 5C, label 3) ji sînorê AEP dûr e, ji ber vê yekê ew nûnertir e.Eko-Parêzgeh û AEP dikarin bibin alîkar da ku çarçoveyek çavdêriyê ya minasib ji bo nirxandina guherînên gerdûnî saz bikin, ji ber ku destûra parêzgehan ji bo nirxandina cihê ku nimûneyên li ser cîhê dikarin têgihiştinên sereke peyda bikin.Rêbaza SAGE dikare bêtir pêşde bibe da ku li ser daneyên avhewa were sepandin da ku guhezbariya teserûfa demê binirxîne.
Serkeftina rêbaza SAGE bi serîlêdana baldar a metodên zanistiya daneyê / ML û zanîna taybetî ya domainê tê bidestxistin.Bi taybetî, t-SNE tê bikar anîn da ku kêmkirina dimensîyonê pêk bîne, ku strukturên hevrengî yên daneyên bilind-dimensîte diparêze û dîtina topolojiya hevalîbûnê hêsan dike.Daneyên di şiklê xet û hevkêşan de têne rêz kirin (Wêne 2A), ku destnîşan dike ku tedbîrên bi tenê-based dûr (wek K-navgîn) ne guncaw in ji ber ku ew bi gelemperî dabeşek bingehîn a Gaussian (dorveger) bikar tînin (di Nîşe S2 de hatî nîqaş kirin) .Rêbaza DBSCAN ji bo her topolojiya kovarîansê maqûl e.Heya ku hûn bala xwe bidin mîhengkirina parametreyan, nasnameya pêbawer dikare were peyda kirin.Mesrefa jimartinê ya algorîtmaya t-SNE zêde ye, ku ev serîlêdana wê ya heyî bi mîqdarek mezin a daneyan re sînordar dike, ku tê vê wateyê ku dijwar e ku meriv li qadên kûr an dem-guherbar were sepandin.Xebatên li ser mezinbûna t-SNE berdewam in.Ji ber ku dûrbûna KL hêsan e ku were paralel kirin, algorîtmaya t-SNE ji bo berfirehbûna pêşerojê potansiyelek baş heye (35).Heya nuha, rêbazên din ên kêmkirina dimensîyonê yên sozdar ên ku dikarin çêtir mezinahiyê kêm bikin, teknolojiyên nêzîkbûn û pêşnûmeya yekgirtî (UMAP) hene, lê nirxandina di çarçoveya daneyên deryayê de hewce ye.Wateya mezinbûna çêtir, mînakî, dabeşkirina avhewa gerdûnî an modelên bi tevliheviyên cihêreng li ser qatek tevlihev e.Deverên ku ji hêla SAGE ve li her parêzgehekê neyên dabeş kirin, dikarin wekî xalên reş ên mayî di Figure 2A de bêne hesibandin.Ji hêla erdnîgarî ve, ev dever bi giranî li deverên pir demsalî ne, ku ev destnîşan dike ku girtina parêzgehên ekolojîk ên ku bi demê re diguhezin dê vegirtinek çêtir peyda bike.
Ji bo avakirina rêbaza SAGE, ramanên ji pergalên tevlihev / zanistiya daneyê hatine bikar anîn, bi karanîna şiyana destnîşankirina komikên komên fonksiyonel (îhtîmala pir nêzîkbûna di cîhek 11-alî) û destnîşankirina parêzgehan de.Van parêzgehan di qada qonaxa meya 3D t-SNE de cildên taybetî destnîşan dikin.Bi heman awayî, beşa Poincaré dikare ji bo nirxandina "volga" ya cîhê dewletê ya ku ji hêla trajektorê ve hatî dagirkirin were bikar anîn da ku tevgera "normal" an "kaotîk" diyar bike (36).Ji bo derketina modela 11-alî ya statîk, hêjmara ku piştî daneyê veguhezîne cîhek qonaxek 3D bi heman rengî dikare were rave kirin.Têkiliya di navbera qada erdnîgarî û herêmê de di qada qonaxa 3D de ne hêsan e, lê dikare di warê wekheviya ekolojîk de were ravekirin.Ji ber vê yekê, pîvana cûdahiya BC ya kevneşopî tê tercîh kirin.
Xebata pêşerojê dê ji bo guheztina daneyên demsalî rêbaza SAGE ji nû ve bikar bîne da ku guhezbariya cîhê ya parêzgehên naskirî û AEP binirxîne.Armanca paşerojê ev e ku meriv vê rêbazê bikar bîne da ku diyar bike ka kîjan parêzgeh dikarin bi pîvandinên satelîtê (wek Chl-a, reflekskirina hestiyariya dûr û germahiya rûyê deryayê) werin destnîşankirin.Ev ê rê bide nirxandina ji dûr ve ya pêkhateyên ekolojîk û çavdêriya pir maqûl a parêzgehên ekolojîk û cûdabûna wan.
Armanca vê lêkolînê danasîna rêbaza SAGE ye, ku parêzgehek ekolojîk bi avahiya civata xweya plankton a yekta diyar dike.Li vir, dê agahdariya berfirehtir di derbarê modela fîzîkî / biyogeokîmyayî / ekosîstemê û hilbijartina parametreyên algorîtmayên t-SNE û DBSCAN de were peyda kirin.
Parçeyên fizîkî yên modelê ji texmîna gera deryayê û avhewayê têne [ECCOv4;(37) texmîna dewleta gerdûnî ya ku ji hêla (38) ve hatî vegotin.Çareserkirina binavkirî ya texmîna dewletê 1/5 e.Rêbaza çarçikên herî hindik bi rêbaza pirjimarkerê Lagrangian ji bo bidestxistina şert û mercên destpêkê û sînor û pîvanên modela hundurîn ên ku ji hêla çavdêriyê ve hatine sererast kirin, tê bikar anîn, bi vî rengî modelek çerxa giştî ya MIT-ê ya serbixwe (MITgcm) (39) çêdike, modela Piştî xweşbîniyê, encam dikare were şopandin û şopandin.
Biyogeochemistry/ekosîstem di (2) de ravekirineke temamtir heye (ango hevkêşe û nirxên parametreyê).Modela gera C, N, P, Si û Fe di nav hewzên neorganîk û organîk de digire.Guhertoya ku li vir tê bikar anîn 35 cureyên fîtoplanktonê vedihewîne: 2 cureyên mîkroprokaryotan û 2 cureyên mîkroeukaryotan (ji bo hawîrdorên kêm-xwarinê minasib), 5 cureyên Cryptomonas sphaeroides (bi cilê karbonat kalsiyûm), 5 cureyên diazonium (Dikare nîtrojenê rast bike, ji ber vê yekê. ne tixûbdar e) hebûna nîtrojena înorganîk a heliyayî), 11 diatom (pêvekek silicî çêdikin), 10 flagelateyên nebatî yên tevlihev (dikarin planktonên din fotosentez bikin û bixwin) û 16 Zooplankton (li planktonên din diçêrînin).Ji van re "komên fonksiyonel ên biyogeokîmyayî" tê gotin ji ber ku ew bandorên cihêreng li ser biyogeokîmyaya deryayî hene (40, 41) û bi gelemperî di lêkolînên çavdêrî û modelê de têne bikar anîn.Di vê modelê de, her komek fonksîyonel ji çend planktonên bi mezinahiyên cihêreng pêk tê, bi dirêjahiya 0,6 heta 2500 μm pîvana sferîkî ya wekhev.
Parametreyên ku bandorê li mezinbûna fîtoplanktonê dikin, çêrbûn û binavbûnê bi mezinbûnê ve girêdayî ne, û di navbera şeş komên fonksiyonê yên fîtoplanktonê de cûdahiyên taybetî hene (32).Tevî çarçoveyên cûda yên laşî, encamên 51 pêkhateyên plankton ên modelê di gelek lêkolînên dawî de hatine bikar anîn (42-44).
Ji 1992-an heya 2011-an, modela pevgirêdana fizîkî/biyogeokîmyayî/ekosîstemê 20 sal derbas bû.Di hilberîna modelê de biomasa plankton, hûrbûna xurek û rêjeya dabînkirina xurek (DIN, PO4, Si û Fe) pêk tê.Di vê lêkolînê de, navgîniya 20-salî ya van hilberan wekî têketina parêzgeha Ekolojiyê hate bikar anîn.Chl, belavkirina biomasa plankton û berhevoka xurek û belavkirina komên fonksiyonel bi çavdêriyên satelîtê û li cîhê re têne berhev kirin [binêre (2, 44), Nîşe S1 û wêne.S1 ber S3].
Ji bo rêbaza SAGE, çavkaniya sereke ya rasthatiniyê ji pêngava t-SNE tê.Tesadufî dubarebûnê asteng dike, ku tê vê wateyê ku encam ne pêbawer in.Rêbaza SAGE bi destnîşankirina komek parametreyên t-SNE û DBSCAN, ku bi domdarî dema ku dubare bibin dikarin koman bi domdarî nas bikin, zexmbûnê bi hişkî diceribîne.Tesbîtkirina "teşengiya" parametreya t-SNE dikare wekî destnîşankirina asta ku nexşeya ji pîvanên bilind berbi nizm divê rêz li taybetmendiyên herêmî an gerdûnî yên daneyê bigire were fêm kirin.Gihîşt tevliheviya 400 û 300 dubareyan.
Ji bo algorîtmaya komkirinê DBSCAN, pêdivî ye ku pîvana herî kêm û metrîka dûr a xalên daneyê yên di komê de were destnîşankirin.Hejmara herî kêm di bin rêberiya pisporan de tê destnîşankirin.Ev zanîn dizane ku çi li çarçove û çareseriya modela hejmarî ya heyî ye.Hejmara hindiktirîn 100 e. Nirxek hindiktirîn a bilindtir (kêmtir ji <135 berî ku sînorê jorîn ê kesk firehtir bibe) dikare were hesibandin, lê ew nikare şûna rêbaza berhevkirinê ya li ser bingeha cihêrengiya BC bigire.Asta pêwendiyê (Wêne 6A) tê bikar anîn da ku pîvana ϵ, ku ji bo vegirtina bilindtir arîkar e (Wêne 6B) were danîn.Têkilî wekî hejmara pêkhatî ya koman tê pênase kirin û ji pîvana ϵ re hesas e.Têkiliya jêrîn nîşan dide ku têrê nake, herêmên bi sûnî li hev kom dike.Girêdana bilind zêdebûn nîşan dide.Zêdebûn di heman demê de pirsgirêk e, ji ber ku ew destnîşan dike ku texmînên rasthatî yên destpêkê dibe ku bibe sedema encamên neberbiçav.Di navbera van her du kêşan de, zêdebûnek tûj (bi gelemperî "çeng" tê gotin) ϵ çêtirîn nîşan dide.Di Figure 6A de, hûn di qada deştê de zêdebûnek tûj dibînin (zer,> 200 kom), li dûv re kêmbûnek tûj (kesk, 100 kom), heya bi qasî 130, bi pir hindik koman ve hatî dorpêç kirin (şîn, <60 kom) ).Bi kêmî ve 100 deverên şîn, yan yek kom li ser tevahiya okyanûsê serdest e (ϵ <0,42), an jî piraniya okyanûsê nayê dabeşkirin û deng tê hesibandin (ϵ> 0,99).Devera zer xwedan belavbûnek komê ya pir guhêrbar, bêberber e.Her ku ϵ kêm dibe, deng zêde dibe.Qada kesk a ku bi tundî zêde dibe kulmek tê gotin.Ev herêmek çêtirîn e.Her çend îhtîmala t-SNE tê bikar anîn jî, ciyawaziya BC di hundurê parêzgehê de dîsa jî dikare were bikar anîn da ku kombûna pêbawer were destnîşankirin.Bi jimareya 6 (A û B) bikar bînin, ϵ li 0.39-ê bicîh bikin.Hejmara hindiktirîn çi qas mezin be, îhtîmala gihîştina ϵ-ya ku destûrê dide dabeşkirina pêbawer, ew qas piçûktir dibe, û qada kesk a bi nirxa ji 135-an mezintir e jî. heyî.
Piştî danîna pîvanên t-SNE, dê jimara giştî ya komikên ku hatine dîtin wekî pîvana girêdanê (A) û rêjeya daneya ku ji koma (B) re hatî veqetandin were bikar anîn.Xala sor hevbendiya herî baş a vegirtin û girêdanê destnîşan dike.Hejmara herî kêm li gorî hejmara herî kêm a têkildarî ekolojiyê tê destnîşankirin.
Ji bo materyalên pêvek ji bo vê gotarê, ji kerema xwe bibînin http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Ev gotarek gihîştina vekirî ye ku di bin şert û mercên Creative Commons Attribution License de tê belavkirin.Gotar bi şertê ku xebata orîjînal bi rêkûpêk were binav kirin, di her navgîniyê de destûr dide karanîna bêsînor, belavkirin û nûvekirin.
Nîşe: Em tenê ji we daxwaz dikin ku navnîşana e-nameya xwe bidin da ku kesê ku hûn rûpelê pêşniyar dikin bizane ku hûn dixwazin ew e-nameyê bibînin û ew ne spam e.Em ê navnîşanên e-nameyê negirin.
Ev pirs ji bo ceribandinê tê bikar anîn ka hûn mêvan in û pêşî li şandina spam-a otomatîk bigirin.
Wezareta Gerdûnî ya Ekolojiya Deryayî bi biryar e ku pirsgirêkên tevlihev çareser bike û ML-ya bêserûber bikar tîne da ku strukturên civakê keşif bike.
Wezareta Gerdûnî ya Ekolojiya Deryayî bi biryar e ku pirsgirêkên tevlihev çareser bike û ML-ya bêserûber bikar tîne da ku strukturên civakê keşif bike.
Dema şandinê: Jan-12-2021