Methodus discendi inexpertus proponitur ad definiendas provincias oecologicas marinas globales (eco-provincias) fundatas in structura communitatis plankton et notitia fluxa nutrienti.Systematica provincia oecologica integrata (SAGE) methodus provincias oecologicas agnoscere potest in exemplaribus ecosystematis nonlinearibus.Ut accommodare ad covariationem notitiarum non-Gaussian, SAPIENS utitur t temere proximo incedentem (t-SNE) ad dimensionalitatem reducendam.Auxiliante strepitu applicationis secundum densitatem-fundatam algorithmum spatialem (DBSCAN) plus centum provinciae oecologicae invenire possunt.Tabula connectivity cum differentiis oecologicis utens ut distantia mensura, robusta provincia oecologica (AEP) obiective definitur per provincias oecologicas nestrasas.AEPs utens, moderatio copiarum nutrimentorum in structura communitatis explorata est.Eco-provincia et AEP unica sunt et exemplar interpretationis adiuvare possunt.Possunt comparationes inter exempla faciliores et intellectum et vigilantiam oecosystematum marinorum augere.
Provinciae regiones sunt in quibus complexa biogeographia maris vel terrae in locis cohaerentibus et significativis constituitur (1).Hae provinciae magni momenti sunt pro locis comparandis et discrepantibus, animadversiones propriae, vigilantiae et tutelae.Complicatae et non lineares interactiones quae has provincias efficiunt machinae eruditionis (ML) methodos aptissimas ad determinandas provincias obiective admodum aptas faciunt, quia covariantia in notitia implicata et non-Gaussian est.Hic proponitur methodus ML, quae systematice designat singularem provincias oecologicas marinas (eco-provincias) ex global tribus dimensivis (3D) physicis/ecosystematis exemplar (2).Verbum "unicum" ad indicandum identificatum locum non satis cum aliis locis insidunt.Haec methodus methodus methodi Ecologicae Systematis Integratae vocatur.Ad utilem classificationem perficiendam, methodus algorithmus indiget ut (i) globalis classificationis ac multifariae analyseos quae in spatio et tempore collocari possunt/congregari possunt (3).In hac investigatione SAPIENS methodus primus propositae sunt et de provinciis oecologicis quae identificatae tractatae sunt.Eco-provinciae intelligentiam factorum promovere possunt, qui structuram communitariam regunt, pervestigationes utiles praebent ad consilia vigilantia, et adiuvant semitas mutationes in oecosystematis.
Provinciae terrestres plerumque secundum similitudines climatis (praecipitationis et caliditatis), terrae, vegetationis et faunae, distinguuntur et adhibentur ad administrationem auxiliarem, biodiversitatem investigationis et morborum imperium (1, 4).Provinciae marinae difficilius sunt definire.Plurima organismi sunt microscopica, cum limitibus fluidis.Longhurst et al.(5) Proviso una e primae classificationibus globalis Ministerii Oceanographiae secundum condiciones environmental.Definitio harum provinciarum "Longhurst" variabiles includit ut rate, stratificationes et irradiantia mixturas, necnon longam experientiam Longhursti sicut oceanus marinus, qui alias condiciones momenti oecosystematis marinis habet.Longhurst late usus est, exempli gratia, ad aestimandas primas productiones et fluxiones carbonis, piscationes adiuvandas, et consilium in situ observationis actionis (5-9).Ad provincias obiective definiendas adhibitae sunt methodi quales sunt quamquam logicae et regionales praetervisibiles pampineas/statisticas (9-14).Propositum talium methodorum est structuras significantes agnoscere quae provincias cognoscere possunt in notitiis observationalibus notabili.Exempli gratia, provinciae marinae dynamicae (12) utuntur mappis auto-ordinatis ad strepitum reducendum, et usui hierarchico (arboris substructio) pampineo ad determinandum productos marinos colores e satellitibus regionalibus deductos [chlorophyll a (Chl-a), normalizatae Fluorescentiae lineae altitudinis et organici materia colorata dissoluta] et campus corporis (superficies maris et caliditas salinitatis, topographiae dynamicae absolutae et glaciei maris).
Communitas plankton structura curae est quod eius ecologia magnam vim habet in gradibus superioribus nutrimentalibus, effusio carbonis et climatis.Nihilominus, adhuc propositum provocans et fallax est determinare provinciam oecologicam globalem in structura communitatis planetariae fundatam.Marinus color satellites perspicitiones in crassum phytoplankton classificationem phytoplankton potentiale praebere possunt vel commoda coetus officialium suggerere (15), sed hodie non possunt singulae informationes de structura communitatis praebere.Recentes perlustrationes [eg Tara Ocean (16)] novas mensuras structurae communitatis praebent;nunc, tantum sparsae sunt animadversiones in scala globali in- situ (17).Priora studia late "Provinciam Biogeochemicam" (12, 14, 18) determinaverunt, innixa determinatione similitudinum biochemicarum (qualia prima productio, Chl et lux praesto).Hic, exemplar numerale ad output usus est, et provincia oecologica determinatur secundum structuram communitariam et fluxum nutrientium.Numerale exemplum in hoc studio adhibitum globalem coverage habet et comparari potest cum notitia campi exsistentis (17) et agrorum sentientium remotorum (Nota S1).Numerale exemplar notitia in hoc studio adhibita commodum globalis coverage habet.Exemplar ecosystematis constat ex 35 speciebus phytoplankton et 16 speciebus zooplanktonis (placere ad materias et modos referri).Exemplar plankton typi nonlineares cum structurarum covariantiarum non-Gaussianorum, ideo modi diagnostica simplices non sunt aptae ad formas unicas et constantes cognoscendas in structuras communitatis emergentes.SAPIENS methodus hic allata novam praebet viam ad reprimendam exempla complexi Darwin.
Potens facultas transformativarum notitiarum scientiarum/ML technologiae efficere potest solutiones exemplarum valde implicatarum ut multiplices sed robustas structuras in notitia covariantiae revelare possint.Methodus robusta definitur ut methodus quae intra certos errorum fines fideliter effingere potest.Etiam in simplicibus systematibus robustis exemplaribus et signis determinandis provocatio esse potest.Donec rationale ducens ad exemplar observatum determinetur, multiplicitas emergens multiplex/difficilis ad solutionem videri potest.Clavis processus compositionis oecosystematis constituendi in natura nonlinearis est.Exsistentia interactionum non-linearum potest robustam classificationem confundere, necesse est ergo methodos vitare, quae fortes suppositiones circa elementa statisticarum notitiarum covariantiarum distributionem faciunt.Summa dimensiva et nonlinearia notitia in oceanographia communia sunt et covariance structuram cum topologia complexa, topologia non-Gaussiana habent.Quamvis notitia cum structura covariantiae non-Gaussian robustam classificationem impedire possit, SAPIENS methodus nova est quia ordinatur ad racemos cum arbitrariis topologiis cognoscendis.
SAPIENS methodi finis est obiective formas emergentes cognoscere, quae ulteriorem cognitionem oecologicam iuvare possunt.Sequentes glomerati-fundati workflui similes (19), variabiles fluxus oecologice et nutrientus adhibentur ad determinandum solum botrum in notitia, quae provincia oecologica vocatur.SAPIENS methodus in hoc studio proposita (Figura 1) primum dimensionalitatem ab 55 in 11 dimensiones reducit, sumendo tabulatum functionis coetus a priori definiendo (vide Materias et Methodus).Utens temerando proximo methodo emmittendi (t-SNE), amplitudo amplius minuitur, probabilitate in spatium 3D eminens.Racemi insculpti notare possunt oecologicae regiones proximas [density-substructio spatii racemi (DBSCAN) ad applicationes strepitus substructas].Ambae t-SNE et DBSCAN ad exemplar ecosystem non-lineale insitum datae numerorum applicandae sunt.Deinde rejice provinciam oecologicam in terram provenientem.Plus quam centum provinciae oecologicae unicae identificatae sunt, investigationi regionali apti.Ut exemplar oecosystematis globally congruentem consideret, methodus SAPIENS ad provincias oecologicas in provincias oecologicas aggregatas (AEP) aggregare consuevit ut efficaciam provinciarum oecologicarum emendarent.Gradus aggregationis (dicitur "complexitas") accommodari potest ad gradum singularum quae requiruntur.Determinare minimum complexionem robusti AEP.Focus electionis modus est SAPIENS ac minimas complexitates AEP casuum explorans moderamen structurae communitatis exigentiae.Exempla tunc resolvi possunt ad pervestigationes oecologicas providendas.Modus hic introductus adhiberi potest etiam ad exemplar comparationis latius, exempli gratia, aestimans loca similia provinciarum oecologicarum in diversis exemplaribus inventas ad differentias et similitudines illustrandas, ad exempla comparanda.
(A) Schematica schematismi laboris in provincia oecologica determinandam;summa in coetus functionis utens ad reducendum data originalia 55 dimensiva ad output 11 dimensiva exemplar, inclusa taeda septem functionis/nutrientis plankton et quattuor rates nutrientis.Negligens valor et durabilis glaciei cover area.Data est normatum et normatum.Praebere 11-dimensionales notitias ad algorithmum t-SNE ad exaggerandam peraeque similes combinationum plumarum.DBSCAN diligenter eliget botrum ad valorem parametri.Data demum ad latitudinem/longitudinis proiecturas eminent.Nota quaeso hanc processum 10 temporibus iterari, quia parva fortuiti applicando t-SNE generari possunt.(B) explicat quomodo AEP repetendo workflow in (A) X temporibus.Ad singulas has 10 exsecutiones, dissimilitudo matrix inter-provincialis Bray-Curtis constituta est secundum biomas 51 generum phytoplankton.Determinare BC differentiam inter provincias, a complexitate 1 AEP ad plenam complexionem 115. Probatio BC constituitur a Provincia Longhurst.
SAPIENS methodus coactione globalis 3D physica/ecosystem numerorum exemplarium ad provinciam oecologicam definiendam adhibet [Darwin (2);See Materials and Methods and Note S1].Partes oecosystematis componuntur e 35 speciebus phytoplankton et 16 specierum zooplanktonum cum septem coetibus praedefinitis functionibus: prokaryotes et eukaryotes ad ambitus nutritionis humiles accommodatos, coccidia cum calcii carbonate tunicae, et nitrogenis fixationis gravis nutrimentum NITROGENIUM (plerumque deest. nutrimentum magni momenti), cum velamine siliceo, possunt alias plankton photosynthesis facere et pascere mixta nutrimenta flagellare et pastores zooplankton.Spatium amplitudo est 0.6 ad 2500μm aequivalens diametro sphaerico.Exemplar distributio phytoplankton amplitudinis et functionis aggregationis comprehendit notas altiores notas quae in observationibus satellitibus et in-situ visae sunt (vide figuras S1 ad S3).Similitudo inter exemplar numerale et oceanum observatum indicat provincias ab exemplari definitas in oceano in- situ applicari posse.Quaeso nota quod exemplar hoc solum accipit quamdam diversitatem phytoplankton, et solum quasdam physicas et chemicas circumscriptiones in situ oceani.SAPIENS methodus ut melius comprehendatur magnitudini regionalis mechanismi exemplaris communitatis structurae.
Ponendo tantum summa taeda superficiei (cum mediocris tempore 20 annorum) in unaquaque plankton catervae functionis, dimensio notitiarum reduci potest.Postquam studia priorum partes suas in structura communitatis collocanda demonstraverunt, etiam termini superficiales includuntur pro fluxibus nutrientibus (copia nitrogenii, ferri, phosphatis et acidi silicici) [eg (20, 21)].Summatio sodalitatum functionis minuit quaestionem ab 55 (51 plankton et 4 fluctiones nutrientium) ad 11 dimensiones.In hoc studio initiali, ob angustias computationales ab algorithmo impositas, profunditas ac temporis variabilitas non considerabantur.
SAPIENS methodus magnas relationes cognoscere potest inter processuum nonlinearum et praecipuos interactionum lineamenta inter coetus functionis taeda et fluxum nutrimenti.Utens 11-dimensionales notitias quae in Euclideana distantia methodorum discendi (ut K significat) certas et reproducibiles provincias obtinere non possunt (19, 22).Causa est, quia nulla figura Gaussiana invenitur in distributione fundamentali covaritiae elementorum praecipuorum quae provinciam oecologicam definiunt.Instrumenta K-Voronoi cellularum (rectarum linearum) retinere non possunt, distributionem fundamentalem non-Gaussianam.
Biomass septem planktonum sodalitatum functionis et quattuor epiphoris nutrientium vectorem 11 dimensiva efficiunt x.Ergo x vector est campus in exemplari grido, ubi quodlibet elementum xi repraesentat vector 11 dimensiva in exemplare craticula horizontali definita.Unusquisque index i unice poscit punctum in sphaera, ubi (lon, lat) = (ϕi, θi).Si taeda exemplaris craticulae unitatis minor est quam 1.2×10-3mg Chl/m3 vel glaciei coverage rate 70% excedit, stipes taeda data usus est et abicitur.Data est normalizata et normata, ergo omnia data sunt in latitudine [0 ad 1], medium removetur et scalis ad unitatem discordat.Hoc fit ut lineamenta (biomass et fluxus nutrimenti) non limitantur per antithesin in valorum possibilium extensione.Conglobati capere debent relationem mutationis e clavis probabilitatis distantiam inter lineamenta magis quam distantia geographica.His intervallis quantitatis momenti notiones emergunt, cum singula superflua expelluntur.Ex parte oecologica, hoc necessarium est, quod aliquae species phytoplankton cum taeda taeda majores effectus biogeochemicos habere possunt, sicut nitrogenium fixationis per bacteria diazotrophica.Cum notationes normae et normalizationes, hae species covariates illustrabuntur.
Algorithmus t-SNE algorithmus adhibita algorithmus t-SNE, propinquitatem linearum in summo dimensivo spatio in repraesentatione humili, exsistentes similes clariores reddere consuevit.Prior labor intendit ad aedificandas retiacula neural alta ad remotis sentiendi applicationibus t-SNE adhibita, quae artem suam in praecipuis notis separandis probavit (23).Hic gradus necessarius est ad cognoscendas uvas robustas in pluma data, solutiones non-convergentes vitando (nota S2).Uti Gaussian nuclei, t-SNE conservat proprietates statisticas notitiarum per singulas res altas dimensiva destinata ad punctum in spatio 3D periodi, ita ut probabilitas objectorum similium in directionibus acutis et infimis alta sit in summo. spatio dimensio (24).Dato statuto objectorum N alti-dimensionalium x1,…,xN, algorithmus t-SNE minuendo Kullback-Leibler (KL) diversitatem minuit (25).KL dissensio est mensura quantitatis probabilitatis differens distributio est a secunda parte probabilitatis distributionis, et efficaciter aestimare potest possibilitatem correlationem inter repraesentationes ignobiles dimensivas altae dimensionis.Si xi sit objectum i-th in spatio N dimensio, xj est objectum in spatio N dimen- sionis, yi est objectum i-th in spatio dimensivo, et yj est objectum deorsum. -dimensionale spatium, deinde t -SNE similitudinem probabilitatis definit ppj∣i = exp(-xi-xj∥2/2σi2)∑k≠iexp(-xi-xk∥2/2σi2), et pro reductione dimensionalitatis statuto q∣j = (1+ yi-yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Figura 2A illustrat effectum reducendi biomassis et vectores fluxum nutrimenti 11-dimensionalis compositionis ad 3D.Motus applicandi t-SNE comparari potest cum motivatione analyseos principalis componentis (PCA), qua variatione attributi utitur ad illustrandam aream/attribuendi notitiae, minuendo dimensionalitatem.Methodus t-SNE superior PCA inventa est in providendo certos et producibiles proventus Eco-Ministri (vide Nota S2).Id esse potest, quia orthogonalitas PCA assumptio non convenit ad cognoscendas interactivos interactivos interactiones criticas, propterea quod PCA in structuras covariantiae lineares intendit (26).Utens remota sentiendi notitia, Lunga et al.(27) illustrat quomodo methodus SNE utatur ad illustrandas notas spectralis multiplices et nonlineas quae a distributione Gaussiana deviant.
(A) Copia alimentorum exemplata, phytoplankton et zooplankton coetus functionis biomassium a t-SNE algorithm ductae et coloratae a provincia utendo DBSCAN.Quodlibet punctum repraesentat punctum in spatio summo dimensionis, ut in figura 6B ostenditur, plura capiuntur puncta.Spiculas magnitudines 1, 2 et 3. indicant "t-SNE" (B) Proiectio geographica provinciae a DBSCAN in latitu-litudine originis inveniebatur.Color haberi debet ut quilibet color, sed debet respondere (A).
Puncta in t-SNE dispergunt argumenta in Figura 2A, cum latitudine et longitudine respective coniunguntur.Si duo puncta in Figura 2A inter se sunt propinqua, idcirco fluxus earum taeda et nutrimentum sunt similia, non propter vicinitatem geographicam.Colores in Figura 2A ligaturae inventae sunt utens methodo DBSCAN (28).Cum observationes densas quaerunt, algorithmus DBSCAN distantia in 3D repraesentatione inter puncta utitur (ϵ = 0.39; ad informationem de hac electione vide Materia et Methodus), et numerus punctorum similium requiritur botrum definire (hic. C notatis, vide supra placere).Methodus DBSCAN suppositiones circa figuram vel numerum uvarum in notitiis non facit, ut infra ostendetur;
3) Pro omnibus punctis, ut intra spatium intus notatur, repetere gradum 2 iterum ad botrum terminum determinare.Si punctorum numerus major sit quam minimi pretii statuto, botrus designatur.
Data quae minimo membro botri non occurrit et distantia metrica consideratur "sonus" et color non assignatur.DBSCAN est algorithmus ieiunium et scalabile cum O(n2) effectu in casu gravissimo.Pro currenti analysi, non temere actu.Minimus numerus punctorum a perito aestimatione determinatur.Post aptando distantiam post, non satis stabile fit in latitudine ≈±10.Hoc spatium est utens connectivity (Figura 6A) et recipis coverage oceanorum (Figura 6B).Connexio definitur composito numero botri ac sensitivo ad modulum .Inferior connectivity indicat insufficiens convenientia, regiones artificialiter conglobatas in unum.Princeps connectivity indicat overfitting.Credibile est superiorem minimum uti, sed si minimum ca excedit, impossibile est certam solutionem consequi.135 (For plura, see Materia and Methodus).
Botri 115, qui in Figura 2A notati sunt, in terram reiecti sunt in Figura 2B.Unusquisque color respondet cohaerenti compositioni factorum biogeochemicorum et oeconomicorum, qui DBSCAN notantur.Cum racemi determinati sunt, consociatio uniuscuiusque puncti in Figura 2A cum certa latitudine et longitudine adhibetur racemos in area geographica exstare.Figura 2B hoc eodem racemo colore cum figura 2A illustrat.Colores similes non debent interpretari ut fringilla similitudo, quia per ordinem in quo botri reperiuntur algorithm, assignantur.
Area in Figura 2B qualitative similis esse potest areae statuto in physica et/vel biogeochemistica oceani.Exempli gratia, botri in Oceano Australi sunt zona-symmetricae, cum vorticis oligotrophicis apparentibus, et acutus transitus vim ventorum commercii indicat.Exempli gratia in Pacifico aequatorio diversae regiones ad ortum relatae videntur.
Ut intelligatur ambitus oecologicus Eco-Provinciae, variatio Bray-Curtis (a.C.n.), differentiae index (29) adhibita est ad oecologiam in botro aestimandam.Indicatur BC statistica notitia adhibita ad quantitare differentiam structurae communitatis inter duas diversas sites.Mensura BC ad biomass 51 specierum phytoplankton et zooplankton BCninj = 1-2CninjSni + Snj applicatur.
BCninj refertur ad similitudinem compositionis ni et compositionis nj, ubi Cninj est minimus valor unius generis taeterae, quae in utraque compositione ni et nj existit, et Sni summam omnium biomassarum, quae in utraque compositione ni et Snj existunt, repraesentat.Differentia BC similis est mensurae distantiae, sed operatur in spatio non-Euclideano, quod verisimile est aptiorem esse ad notitias oecologicas eiusque interpretationem.
Pro unoquoque botro, qui in Figura 2B notatur, similitudo intra-provincialis et inter-provincialis BC aestimari potest.Differentia BC intra provinciam refert ad differentiam inter valorem provinciae et quodlibet punctum in provincia.Differentia inter provincias BC ad similitudinem unius provinciae et aliarum provinciarum refertur.Figura 3A symmetrica BC matrix ostendit (0, nigrum: omnino correspondentem; 1, album: omnino dissimilem).Uterque versus in grapho exemplum in notitia ostendit.Figura 3B ostendit momentum geographicum eventus BC in figura 3A pro unaquaque provincia.Pro provincia in area humili nutritionis et humilem nutrienti, Figura 3B ostendit symmetriam magnarum arearum circa aequatorem et Oceanum Indicum radicaliter similem esse, superiores vero latitudinum et scatentium regionum insigniter diversae sunt.
(A) Gradus differentiae BC aestimatae pro unaquaque provincia innixa in global 20-anno mediocris superficiei globalis mediocris ex 51 plankton.Nota expectata symmetria valorum.(b) De proiectura spatii columnae (vel ordinis).Pro provincia in circulo dystrophico, global distributione BC simili mensura aestimata est, et global viginti annos mediocris aestimata est.Niger (BC = 0) eandem aream significat, et alba (BC = 1) nullam similitudinem significat.
Figura 4A illustrat differentiam in BC intra quamlibet provinciam in Figura 2B.Utens mediocris compositionis mediocris areae in botro, et dissimile inter a.C. et medium cuiuslibet elaborationis in provincia determinans, ostendit SAPIENS methodum 51 species bene separare posse secundum similitudinem oecologicae speciei. exemplar data.Botrus mediocris BC dissimilitudo omnium 51 generum altiore est 0.102±0.0049.
(A, B, D) Differentia BC intra provinciam aestimatur ut mediocris BC differentia inter unumquemque punctum communitatis et provinciae mediocris et multiplicitas non reducitur.(2) Mediocris globalis intra-provincialis BC differentia est 0.227±0.117.Probatio haec est oeconomicae motivationis substructio classificationis ab hoc opere propositae.(C) Differentia mediocris intra-provincialis BC: Linea nigra repraesentat differentiam intra-provincialem BC cum multiplicitate crescente.2 σ venit ex 10 repetitionibus processus identitatis eco-provinciae.Tota enim multiplicitas provinciarum a DBSCAN inventarum (A) ostendit BC dissimilitudinem in provincia esse 0.099, et intricatas classificationem (C) propositam esse 12, inde in BC dissimilitudinem 0,200 in provincia.ut pictura ostendit.(D).
In figura 4B, taeda 51 plankton typi adhibetur ad differentiam aequipollens BC in Longhurst provincia.Suprema mediocris cuiusque provinciae est 0,227, et norma deviationis actorum puncta cum differentia in BC provincia est 0.046.Hoc majus est quam botrus qui in Figura 1B notatur.Pro summa septem circulorum functionis adhibita, mediocris intra temporum BC dissimilitudo in Longhurst aucta est ad 0.232.
Tabula eco-provinciae globalis intricata singularia singularia interactionum oecologicarum et incrementorum praebet in usu totius oecosystematis structurae provinciae Longhurst.Ministerium Ecologiae expectat perspicientiam praebere in processu moderandi exemplar ecosystematis numerorum, et haec perceptio explorationem operis agri adiuvabit.Ad hanc inquisitionem, non plus quam centum provincias plene ostendere potest.Proxima sectionis SAPIENS methodum introducit quae provincias compendiat.
Una pro- vinciae causa est ad intellegentiam loci et administrationis provinciae promovendam.Ad condiciones casus determinandas, methodus in Figura 1B nidificationem oecologicae provinciarum similium illustrat.Eco-provinciae coadunatae sunt in similitudine oecologica, et talis provinciarum coetus AEP appellatur.Pone aptabilem "complexitatem" secundum numerum provinciarum considerandae.Nomen "complexitatis" dicitur quia permittit condicionem exigentiae attributorum componi posse.Ad definitionem aggregationum significantium, mediocris differentia intra-provincialis BC 0,227 ex Longhurst pro Probato adhibetur.Infra hanc probationem, provinciae coniunctae non amplius utiles censentur.
Ut in Figura 3B ostensum est, provinciae oecologicae globalis cohaerent.Utens differentiae inter-provinciales BC, videri potest nonnullas configurationes esse valde "communias".Theoria genetica et graphi methodi animati, "graphi connexi" solent efficere ut 100 provincias in provinciis illis simillimas.Hic metrica " connectivity " utens dissimilitudo inter-provincialis BC dissimile est (30).Numerus provinciarum cum ampliore spatio pro classificatione> 100 provinciarum ad implicationem in se referri potest.AEP productum est quod plus quam 100 provincias generat ut provincias oecologicas maxime dominant/proximas.Unaquaeque provincia oecologica attribuitur provinciae oecologicae valde connexae quae illis simillima est.Haec aggregatio a differentia BC definita aditum ad oecologiam globalem nidum permittit.
Complicatio selecta potest esse cuiusvis valoris ab 1 ad completam complexionem FIG.2A.In complexitate inferiore, AEP degenerare potest ob reductionem dimensionalitatis probabilisticae gradus (t-SNE).Degeneres significat provincias oecologicas diversis AEPs inter iterationes assignari posse, obiter mutato ambitu geographico.Figura 4C illustrat diffamationem dissimilitudinum BC intra provincias in AEPs augendi multiplicitatem per 10 exsecutiones (illustratio in Figura 1B).In Figura 4C, 2σ (hyacintho) mensura degradationis in 10 implementum est, et linea viridis longhurst Probatio repraesentat.Res probata est multiplicitatem 12 aCn differentiam in provincia infra Longhurst notam in omnibus exsecutionibus servare posse, et relatum 2σ degradationem tenere.In summa, minima complexitas commendata est 12 AEPs, et mediocris intra-provinciae BC differentia differentia aestimata utens 51 plankton specierum est 0.198±0.013, ut in Figura 4D ostenditur.Utens summa septem planktonum sodalitatum functionis, mediocris aC differentia intra provinciam est 2σ loco 0.198±0.004.Comparatio inter a.C. differentias computatas cum tota taeda septem coetuum functionis vel taeda omnium 51 planktonorum generum ostendit quod, quamvis SAPIENS methodus ad 51 dimensivam condicionem applicata sit, tota est pro taeda septem coetuum functionis. Disciplina.
Secundum finem cuiuslibet inquisitionis, diversi gradus multiplicitatis considerari possunt.Studia regionalia plenam complexionem (id est omnes 115 provincias) requirant.Exemplum et pro claritate considerate quam minimum commendatur multiplicitas 12 .
Exemplum utilitatis methodi SAPIENTIAE, 12 AEPs cum minima complexitate 12 adhibentur hic ad explorandum regimen structurae exigentiae communitatis.Figura 5 illustrat pervestigationes oecologicas ab AEP (ab A ad L) institutas: In Redfield stoichiometria, ambitus geographicus (figura 5C), coetus utilitatis taedae compositionis (figurae 5A) et copia nutrimentorum (Figura 5B) ab N Zoomed peraguntur.Ratio (N:Si:P:Fe, 1:1:16:16×103) ostenditur.Pro hac tabula, P multiplicata per 16 et Fe multiplicata per 16×103, sic bar graphus aequipollet nutritionalibus requisitis phytoplankton.
Provinciae collocantur in 12 AEPs A ad L. (A) Biomass (mgC/m3) oecosystematum in 12 provinciis.(B) De rate fluxu nutrienti dissoluti nitrogenii inorganici (N), ferri (Fe), phosphatae (P) et acidi silicici (Si) (mmol/m3 per annum).Fe et P multiplicantur per 16 et 16×103, respective, ut ligamenta ad phytoplankton stoichiometriae normae requiruntur.(C) Nota differentiam inter regiones polares, cyclos subtropicos et regiones maiores temporis/orientis.Stationes vigilantiae hoc modo sunt signatae: 1, SEDES;2, DEUS;3 stationem P;et IIII, batse.
AEP unicus notus est.Est quaedam symmetria circa aequatorem in Oceano Atlantico et Pacifico, et similis regio in Oceano Indico sed amplificata est.Quidam AEPs occidentalem plagam continentis cum ascensu coniungunt.Polus Meridionalis Circumpolaris Current pro amplitudine zonalis pluma habetur.Cyclonus subtropicus est multiplex series oligotrophicae AEP.In his provinciis manifesta est nota differentiae biomass inter plankton-dominatas vortices oligotrophicas et regiones polares diatom-dives.
AEPs cum phytoplankton biomas totali simillimo habere possunt structuras communitatis valde diversas ac varias regiones geographicas operire, ut D, H, K, quae similes phytoplankton taedae totali habent.AEP H maxime exstat in Oceano Indico aequinoctiali, et plura sunt bacteria diazotrophica.AEP D in pluribus pelvibus invenitur, sed maxime eminet in Pacifico circa altas areas circa aequatoriales tumores.Figura huius provinciae Pacificae simile est traminis planetarii.Pauci sunt diazobacteria in AEP D, et plura conis.Comparatus cum reliquis duabus provinciis, AEP K in montanis Oceani Arctici tantum invenitur, et plura diatomica et planktona pauciora sunt.Notatu dignum est quantitatem plankton in his tribus regionibus etiam valde diversam esse.Inter eos, plankton abundantia AEP K relative humilis est, D, H vero AEP alta relative.Ideo, quamvis taeda (et ideo similis Chl-a), hae provinciae longe diversae sunt: Chl-substructio provincia probatio has differentias capere non potest.
Patet etiam quod aliquas AEPs cum biomas valde diversae similes esse possunt cum structura phytoplankton communitatis.Exempli gratia, hoc in AEP D et E conspicitur, inter se prope sunt, et in Oceano Pacifico, AEP E prope fertilissimae AEPJ est.Similiter inter phytoplankton biomass et zooplankton abundantia nulla manifesta nexus est.
AEP intelligi potest per nutrimenta illis provisa (Figura 5B).Diatoma solum exstant, ubi copia acidi silicici est.Fere superior copia acidi silicici, superior taeda diatomica.Diatoms videri possunt in AEP A, J, K et L. Ratio diatom biomass respective ad alia phytoplankton determinatur per N, P et FE, quae ad diatom exigunt.Exempli gratia, AEP L diatoms dominatur.Cum aliis nutrimentis, Si summam copiam habet.E contra, non obstante uberiore superiore, AEP J diatomes pauciores habet et copiam Pii minus (omnia et relativa ad alios nutrimentum).
Diazonium bacteria facultatem nitrogenium figere, sed tarde crescere (31).Coexistunt cum aliis phytoplankton, ubi ferrum et phosphorus nimii sunt relativa ad nutrimentum non diazonium exigendum (20, 21).Notatu dignum est quod biomass diazotrophica relative alta est, et copia Fe et P relative magna relativa ad copiam N. Hoc modo, licet tota biomass in AEP J altior sit, diazonium biomass in AEP H est. ampliorem quam in J. Nota quaeso quod AEP J et H valde diversa sint, et H in Oceano aequatorio Indico sita.
Si unica structura ecosystematis in provincias non dividitur, perspectiones ex infimis complexitatibus 12 AEP exemplorum non tam clarae erunt.AEP ab SAPIENS generatus faciliorem reddat cohaerentem et simultaneam comparationem complexorum et summus dimensivarum notitiarum ab exemplaribus oecosystematis.AEP efficaciter inculcat cur Chl non sit bonus et alternus modus ad structuram communitatis determinandam vel zooplankton abundantiam in gradibus superioribus nutrimentalibus.Accurata analysis thema permanentis investigationis extra ambitum huius articuli.SAPIENS methodus viam praebet ad explorandas alias machinationes in exemplari quod facilius tractatur quam punctum adspectus.
SAPIENS methodus proposita est ut adiuvet ad explicandum notitias oecologicas maxime implicatas ex exemplaribus globalibus physicis/biogeochemicis/ecosystematis numeralibus.Provincia oecologica determinatur per totum biomassium crucis-plankton coetus functionis, applicatione t-SNE probabilitatis dimensionalitatis reductionis algorithmi et ligaturae adhibitis ML methodo DBSCAN invisitata.Inter-provincialis BC differentia/graphae theoriae nidificandi methodo applicata est ad obtinendam robustam AEP quae ad interpretationem globalem adhiberi potest.Secundum constructionem, Eco-Provincia et AEP singularia sunt.AEP nidificatio inter plenam multiplicitatem oecologicae provinciae originalis et minimum commendatum limen 12 AEPs componi potest.Nidificans et determinans incomplexitatem minimam AEP ut vestigia clavis considerantur, quia probabilitas t-SNE degenerat AEPs de <12 complexitate.SAPIENS methodus globalis est, eiusque multiplicitas ab>100 AEPs ad 12. Simplicitas, focus current in intricatione 12 global AEPs est.Futura investigatio, praesertim studia regionalia, minorem partem spatii spatialis globalis provinciarum eco-provinciarum utilem reperire potest, et in minore spatio aggregatur ut eadem utilitas investigationum oecologicarum hic tractatarum inveniatur.Suasiones praebet quomodo hae provinciae oecologicae et perspectiones ex illis acquisitae adhiberi possunt ad ulteriorem intelligentiam oecologicam, comparationis exemplar faciliorem, et in potentia ad meliorem oecosystematis marinis vigilantiam.
Provincia oecologica et AEP, quae per methodum SAPIENTIAE agnoscitur, in notitiis in exemplaribus numeralibus nituntur.Per definitionem, exemplar numerale structura simplicior est, essentiam scopo systematis capere conatur, et exempla diversa diversorum planktonum distributio erit.Exemplar numerale in hoc studio adhibitum non potest plene capere aliqua exemplaria observata (exempli gratia, in aestimationibus Chl pro regione aequatoriali et Oceano Australi).Tantum parva pars diversitatis in oceano reali capitur, et mesos et sub-mesoscales resolvi non possunt, quae fluxum nutrimentum et structuram communitatis minoris attingere possunt.Quamvis haec delicta, evenit ut AEP valde utile sit ad exempla multiplicia intellegenda.Aestimando ubi similes provinciae oecologicae inveniuntur, AEP instrumentum comparationis exemplar potentiale numerorum praebet.Hodiernum exemplar numerale altiorem formam capit sensibilis phytoplankton Chl-accepti et distributio plankton magnitudinis et coetus utilitatis (Nota S1 et Figura S1) (2, 32).
Ut patet per 0.1 mgChl-a/m-3 linea forma, AEP dividitur in aream oligotrophicam et aream mesotrophicam (Figura S1B): AEP B, C, D, E, F, G areae oligotrophicae sunt, reliquaeque areae sunt. sita superiori Chl-a.AEP nonnullas correspondentias ostendit cum Provincia Longhurst (Figura S3A), exempli gratia, Oceanus Australis et Pacificus Aequatorius.In nonnullis regionibus, AEP Longhurst multas regiones operit, et vice versa.Cum intentio definiendi provincias in hac provincia et Longhurst differat, expectatur differentias fore.Multiplices AEPs in provincia Longhurst indicant quasdam areas cum similibus biogeochemisticis habere structuras oecosystematis valde diversas.AEP quandam correspondentiam exhibet cum statuum physicorum, sicut indisciplinatis eruditionis adhibitis revelatum (19), sicut in maximis intumescentibus civitatibus (exempli gratia, Oceanus Australis et Pacificus Aequatorius; Figura S3, C, D).Hae correspondentiae indicant structuram communitatis plankton valde commoveri dynamicis oceani.In regionibus ut Atlantico Septentrionali, AEP provincias physicas percurrit.Mechanismus, qui has differentias causat, processus includere potest ut pulvis onerarii, qui efficere potest ad diversas progressiones nutritionales etiam sub similibus corporis condicionibus.
Ministerium Oeconomiae et AEP demonstravit usus Chl solus partes oecologicas agnoscere non posse, sicut oecologiae marinae communitas iam intellexit.Hoc in AEPs cum similibus biomassis, sed signanter compositionis oecologicae diversae (ut D et E).E contra, AEPs sicut D, K valde diversae sunt taeda, sed compositio oecologica similis.AEP in luce ponit relationem inter biomass, compositionem oecologicam et zooplankton abundantiam implicatam.Exempli gratia, licet AEP J eminet phytoplankton et plankton biomass, AEP' A et L similem plankton taeda habent, A vero maiorem plankton abundantiam habet.AEP inculcat phytoplankton biomass (vel Chl) adhiberi posse ad zooplankton biomassis praedicere.Zooplankton fundamentum est catenae escae piscariae, et aestimationes accuratiores ad meliorem administrationem resource ducere possunt.Satellites color marinus futuri [exempli gratia, PACE (plankton, aerosol, nubes, ecosystem marinum)] melius collocari possunt ut structuram phytoplankton communitatis aestimare adiuvet.Praedictio AEP adhibita aestimationem zooplankton ex spatio potentia faciliorem reddere potest.Methodi sicut SAPIENS, cum novis technologiis iuncta, et magis magisque campus notitiae quae ad terram spectantia veritas (ut Tara et investigatio sequitur) coniunctim gradum capere possunt ad magna vigilantia salutis ecosystem satelles.
SAPIENS methodus opportunam praebet viam ad aliquas machinas perpendendas, quae proprietates provinciae moderantur, ut biomass/Chl, rete prima productio et structura communitatis.Exempli gratia, quantitas relativa diatoms ab inaequalitate ponitur in copia Si, N, P, et Fe relativa ad requisita phytoplankton stoichiometrica.In libra copia certe communitas diatoms dominata est (L).Cum copia rate inaequalis est (id est, copia siliconis minor est quam nutrimentum postulatio diatoms), diatoms rationem exiguam portionis Share (K).Cum copia FE et P copiam N excedit (exempli gratia E et H), bacteria diazotrophica strenue crescet.Per contextum ab AEP provisum, machinarum moderatio exploratio utilior fiet.
Eco-Provincia et AEP areae sunt similes structurarum communitatum.Series temporis a certo loco intra provinciam oecologicam vel AEP tamquam punctum respectivum haberi potest ac spatium designare provincia oecologica vel AEP cooperta.Diu-terminus in-situm vigilantia statio talem temporis seriem praebere.Diu terminus in-situs notitiae ponit partes inaestimabiles ludere perget.Ex prospectu structurae communitatis vigilantiae, SAPIENS methodus videri potest ut via adiuvet ad constituendum utilissimum situm novorum situum.Exempli gratia, series temporis e habitaculo diuturno oligotrophici census (ALOHA) est in AEP B areae oligotrophicae (Figura 5C, titulus 2).Quia ALOHA est prope terminum alterius AEP, tempus series non potest esse totius areae repraesentativa, ut antea suggessit (33).In eodem AEP B, temporis series SEDES (Tempus Series Asiatica Australis) sita est in Taiwan meridiem occidentalem (34), remotiorem a finibus aliorum AEPs (Figura 5C, label 1), et uti meliore loco monitori adhiberi potest. AEPB.BATS (Bermuda Atlantica Time Series Study) series temporis (Figura 5C, label 4) in AEPC valde vicina est fini inter AEP C et F, quae indicat vigilantia AEP C utens BATS series temporis directe esse problematica.Statio P in AEP J (Figura 5C, titulus 3) abest ab AEP limite, ut magis repraesentativum sit.Eco-Provincia et AEP adiuvare possunt compagem vigilantiorem ad perpendendas globales mutationes idoneas constituere, quia provinciarum permissio perpendendi ubi on-site sampling key pervestigationes praebere potest.SAPIENS methodus ulterius promoveri potest applicari ad notitias climatis perpendendas variabilitas temporis salutaris.
Modus SAPIENS successus per diligentem applicationem notitiarum scientiarum/ML methodorum et scientiarum specialium obtinetur.Speciatim t-SNE ad reductionem dimensimitatis praestare adhibetur, quae structuram covariantiae notitiarum altae dimensivarum conservat et topologiae covariantiae visualizationem faciliorem reddit.Data in livore et covariantiarum forma disposita sunt (Figura 2A), significans mensuras pure distantias substructas (qualis K-modo) non esse opportunas, quia plerumque basis distributionis Gaussianae (circularis) uti solent. .DBSCAN methodus cuilibet topologiae covariantiae aptus est.Quamdiu attendis ad ambitum constituere, provideri potest certa identificatio.Sumptus computationalis algorithmi t-SNE altus est, qui suum currentem applicationem limitat ad ampliorem copiam notitiarum, quae difficile significat ad altas vel ad varias regiones applicare.Labor in scalability t-SNE in progressu est.Quoniam distantia KL facile est ad parallelizandum, algorithmus t-SNE bonam potentiam habet ad dilatationem in futuro (35).Hactenus, aliae rationes reductionis dimensionalitatis pollicentes, quae amplitudinem minuere possunt, multiplicem approximationem et proiectionem (UMAP) artificiosam includunt, sed aestimatio in contextu notitiae oceani necessaria est.Sensus melioris scalabilitatis est, exempli gratia, climata globalia vel exempla in varia complexitate in mixto strato dividens.Areae quae ab SAPIO in quavis provincia non distinguuntur, videri possunt sicut puncta nigra reliquiae in Figura 2A.Geographice, hae areae maxime sunt in locis temporariis valde, quae suggerit ut provincias oecologicas capientes quae temporis mutationem melius coverage praebeant.
Ad methodum SAPIENS construendam, notiones a scientiarum multiplicibus systematibus/datarum scientia adhibitae sunt, utentes facultatem discernendi ligaturas coetus officialium (possibilitas arctissimae essendi in spatio 11 dimensionis) et provincias determinare.Hae provinciae volumina specifica depingunt in spatio 3D t-SNE periodo.Similiter Poincaré pars adhiberi potest ad aestimandas "volumen" status spatii a trajectoria occupato ad mores "normales" vel " tenebrarum" determinandos (36).Ad exemplar static 11-dimensionale output, volumen occupatum postquam data notitia convertitur in spatium 3D phase similiter explicari potest.Necessitudo inter aream geographicam et aream in spatio 3D periodi simplex non est, sed verbis similitudinis oecologicae explicari potest.Quam ob rem dissimilitudo magis conventionalis BC praeponitur mensura.
Opus futurum SAPIENS methodum reuse faciet pro tempore mutandi notitias ad aestimandas variabilitatem localem provinciarum quae idem est ac AEP.Propositum futurum est ut hac methodo adiuvent uter definiri queant provinciae per mensuras satellites (ut Chl-a, sentiendi reflexionem remotam et temperatura superficiei maris).Hoc permittit remotum sentiendi aestimationem partium oecologicarum et valde flexibilem vigilantiam provinciarum oecologicarum eorumque variabilitatis.
Propositum huius investigationis est methodum SAPIENS introducere, quae oecologica provincia per suam unicam plankton communitatis structuram definit.Hic, accuratiores informationes de exemplare physico/biogeochemico/ecosystem et parametri delectu algorithmorum t-SNE et DBSCAN praebebuntur.
Exemplar physicum proveniunt ex aestimatione circulationis et climatis [ECCOv4;(37) Status globalis aestimatio describitur (38).Nominalis resolutio civitatis aestimatio est 1/5.Modus minimorum quadratorum cum multiplicatore Lagrangiano methodo adhibita ad condiciones initiales et limes obtinendas et exemplar internum parametri observatione adaptatum, inde liberum cursus MIT cycli generalis exemplar generans (MITgcm) (39), exemplar Post ipsum, eventus potest. investiganda et observanda.
Biogeochemia / ecosystematis descriptio pleniorem (id est aequationes et valores parametri) in (2).Exemplar per lacunas inorganicas et organicas circulationem C, N, P, Si et Fe capit.In versione adhibita hic comprehendit 35 species phytoplankton: 2 species microprokaryotarum et 2 species microeukaryotarum (ad ambitus humiles-nutrientibus idoneas), 5 species sphaeroides Cryptomonas (cum calcii carbonate coating), 5 species diazonii (Potest figere nitrogenium, sic. non limitatur) disponibilitate nitrogenii inorganici dissoluti), 11 diatoma (operculum siliceum formans), 10 flagella mixta vegetativa (potest photosynthesisare et alias plankton edere) et 16 Zooplankton (armentum super plankton aliis).Hi "coetus functionis biogeochemicae" dicuntur quia diversos effectus habent in biogeochemistica marina (40, 41) et saepe in observationibus et exemplaribus studiis adhibentur.In hoc exemplari singulae functionis coetus ex pluribus planktonibus diversarum magnitudinum componitur, cum spatio 0.6 ad 2500 μm diametri sphaericae aequipollens.
Parametri quae incrementum phytoplankton afficiunt, deprimunt et deprimunt, ad magnitudinem referuntur, et sunt differentiae specificae inter sex phytoplankton coetus functionis (32).Quamvis variae corporis compages, eventus 51 plankton partium exemplaris in pluribus studiis recentioribus usi sunt (42-44).
Ab 1992 ad 2011, exemplar copulationis physicae/ecochemicae/ecosystematis per XX annos cucurrit.Exemplar outputa includit tabulatum biomass, concentratio nutrientium et copia alimentorum (DIN, PO4, Si et Fe).In hoc studio, 20-annus mediocris harum outputorum inputa Provinciae Ecologicae adhibita est.Chl, distributio plankton biomass et concentratio nutrientium et distributio coetuum functionis comparantur cum observationibus satellitibus et in- situ [vide (2, 44), nota S1 et figurae.S1, ad S3].
SAPIENS methodus, principium fortuiti ex t-SNE gradatim venit.Temeritas iterabilitatem impedit, quo significat eventum esse levem.SAPIENS methodus stricte probat fortitudinem determinando ambitum parametri t-SNE et DBSCAN, quae constanter uvas repetitas cognoscere potest.Determinare "perplexitatem" parametri t-SNE intellegi potest ad determinandum gradum ad quem destinata dimensiones ab alto ad humiles notas locales vel global notitiae observare debent.Confusionem 400 et 300 iterationes pervenerunt.
Nam pampineis algorithmus DBSCAN, minimae magnitudinis et distantiae metrica notitiarum punctorum in botro determinari opus est.Numerus minimus sub peritorum ductu determinatur.Haec cognitio scit quid aptat hodiernae numeralis compagi et solutioni.Numerus minimus 100. Superior minimi valor (minus quam <135 ante limitem superiorem viridis latior fit) considerari potest, sed methodum aggregationis secundum dissimilitudinem BC fundatam reponere non potest.Gradus connexionis (Figura 6A) ponitur parametri , qui ad superiora coverage conducit (Figura 6B).Connexio definitur composito numero botri ac sensitivo ad modulum .Inferior connectivity indicat insufficiens convenientia, regiones artificialiter conglobatas in unum.Princeps connectivity indicat overfitting.Overfitting est etiam inconveniens, quia docet initiales quaslibet coniecturas ad eventus inremediabiles ducere posse.Inter haec duo extrema, acutum incrementum (cubitum vulgo vocant) optimum indicat.In Figura 6A, vides acutum incrementum in area campestri (flavi, 200 racemi), acutum decrementum sequitur (viridis, 100 racemis), usque ad circiter 130, racemis perpaucis stipatum. ).In locis saltem 100 caeruleis, aut unus botrus toti oceano dominatur (ϵ <0.42), vel maxime oceanus non indicatur et sonus habetur (ϵ> 0,99).Area flava valde variabilis, distributionem botri sineproducibilem habet.Ut ϵ decrescat, sonus augetur.Area viridis acerrime crescens cubitus appellatur.Optima tellus est.Quamvis probabilitas t-SNE adhibita sit, BC dissimilitudo intra provinciam potest adhuc certa pampineis adhibita determinare.Figura utens 6 (A et B), pone ϵ ad 0.39.Maior numerus minimus, minor probabilitas perveniendi ad , quod certa classificatione concedit, et maiorem aream viridem cum valore majore 135. Huius regionis amplificatio indicat cubitum difficiliorem fore ad inveniendum vel non. existentibus.
Post ambitum t-SNE posito, numerus botri inventus erit ut mensura connectivity (A) et recipis notitiarum botri (B).Punctum rubrum indicat optimam coniunctionem coverage et connectivity.Numerus minimus secundum numerum minimum ad oecologiam relatum constitutus est.
Ad materias accessiones huius articuli, videbis http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Hic aditus apertus est articulus distributus sub terminis License Attributions Creative Commons.Articulus admittit usum liberum, distributionem et reproductionem in aliquo medio sub conditione, quod proprie citatur opus originale.
Nota: Tantum rogamus te ut inscriptionem electronicam tuam cures ut homo, quem paginae commendas, cognoscat te velle videre inscriptionem et illam non esse spam.Inscriptionem electronicam nullam capiemus.
Haec quaestio probabat num es peregrinus et ne latis spam submissionem.
Ministerium Globalis Marine Ecologiae determinatur ad problemata multiplicia solvenda et inexcussus ML usus ad structuras communitatis explorandas.
Ministerium Globalis Marine Ecologiae determinatur ad problemata multiplicia solvenda et inexcussus ML usus ad structuras communitatis explorandas.
Post tempus: Jan-12-2021