Fomba fianarana tsy misy fanaraha-maso no aroso hamaritana ny faritany ekolojika an-dranomasina maneran-tany (faritany ara-tontolo iainana) mifototra amin'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina plankton sy ny angon-drakitra momba ny otrikaina.Ny fomba fiasa systematic integrated ecological province (SAGE) dia afaka mamantatra ny faritany ekolojika amin'ny maodely ekôsistema tsy misy linear.Mba hampifanarahana amin'ny covariance tsy Gaussian amin'ny angon-drakitra, ny SAGE dia mampiasa t-fanentanana mpifanolo-bodirindrina (t-SNE) mba hampihenana ny habeny.Miaraka amin'ny fanampian'ny fampiharana tabataba mifototra amin'ny algorithm spatial clustering (DBSCAN) miorina amin'ny density, faritany ekolojika maherin'ny zato no azo fantarina.Amin'ny fampiasana ny sarintanin'ny fifandraisana misy ny fahasamihafana ara-tontolo iainana ho fandrefesana ny halavirana, ny faritany ekolojika mitambatra (AEP) matanjaka dia voafaritra amin'ny alàlan'ny faritany ekolojika misy akany.Tamin'ny alalan'ny AEP, nojerena ny fanaraha-maso ny tahan'ny famatsiana otrikaina amin'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina.Eco-province sy AEP dia miavaka ary afaka manampy amin'ny fandikana modely.Afaka manamora ny fampitahana ny maodely izy ireo ary mety hanatsara ny fahatakarana sy ny fanaraha-maso ny tontolo iainana an-dranomasina.
Ny faritany dia faritra misy ny biogeografika sarotra amin'ny ranomasina na ny tany ho faritra mirindra sy misy dikany (1).Tena zava-dehibe tokoa ireo faritany ireo amin'ny fampitahana sy fampifanoherana ny toerana, famantarana ny fandinihana, ny fanaraha-maso ary ny fiarovana.Ny fifandraisana sarotra sy tsy misy tsipika izay mamokatra ireo faritany ireo dia mahatonga ny fomba fianarana milina (ML) tsy misy fanaraha-maso tena mety amin'ny famaritana ny faritany amin'ny fomba tsy miangatra, satria ny covariance amin'ny angon-drakitra dia sarotra ary tsy Gaussian.Eto, aroso ny fomba ML, izay mamaritra ara-dalàna ny faritany ara-tontolo iainana an-dranomasina (faritany ara-tontolo iainana) avy amin'ny modelin'ny fizika/ekosistema (2) maneran-tany Darwin (3D).Ny teny hoe "tsy manam-paharoa" dia ampiasaina hanehoana fa tsy mifanipaka amin'ny faritra hafa ilay faritra voatondro.Ity fomba ity dia antsoina hoe fomba System Integrated Ecological Province (SAGE).Mba hanaovana fanasokajiana mahasoa, ny fomba algorithm dia mila mamela (i) fanasokajiana eran-tany sy (ii) famakafakana marobe izay azo atambatra / atambatra amin'ny habaka sy ny fotoana (3).Tamin'ity fikarohana ity dia natolotra voalohany ny fomba SAGE ary noresahina ireo faritany ekolojika fantatra.Ny faritany ekolojika dia afaka mampiroborobo ny fahatakarana ireo lafin-javatra mifehy ny firafitry ny vondrom-piarahamonina, manome hevitra mahasoa amin'ny paikady fanaraha-maso, ary manampy amin'ny fanaraha-maso ny fiovan'ny tontolo iainana.
Ny faritany terestrialy dia sokajiana araka ny fitoviana amin'ny toetr'andro (ny orana sy ny maripana), ny tany, ny zava-maniry ary ny biby, ary ampiasaina amin'ny fitantanana fanampiana, fikarohana momba ny zavamananaina ary fifehezana ny aretina (1, 4).Sarotra kokoa ny mamaritra ny faritany an-dranomasina.Ny ankamaroan'ny zavamananaina dia mikraoba, misy sisin-drano.Longhurst et al.(5) Nanome ny iray amin'ireo fanasokajiana maneran-tany voalohany an'ny Minisiteran'ny Oseanolojia mifototra amin'ny toetry ny tontolo iainana.Ny famaritana ireo faritany “Longhurst” ireo dia ahitana fari-pahalalana toy ny tahan'ny fifangaroana, stratification, ary ny taratra, ary koa ny traikefan'i Longhurst amin'ny maha-océanographe an-dranomasina azy, izay manana fepetra manan-danja hafa ho an'ny tontolo iainana an-dranomasina.Ny Longhurst dia nampiasaina betsaka, ohatra, mba hanombanana ny famokarana voalohany sy ny fikorianan'ny karbônina, fanampiana ny jono, ary ny fandrafetana ny hetsika fijerena toerana (5-9).Mba hamaritana ny faritany amin'ny fomba tsy mitongilana, dia nampiasaina ny fomba toy ny lojika fuzzy sy ny clustering/statistika tsy misy fanaraha-maso isam-paritra (9-14).Ny tanjon'ireo fomba ireo dia ny hamantatra ireo rafitra manan-danja izay afaka mamantatra ny faritany amin'ny angon-drakitra azo jerena.Ohatra, ny faritany an-dranomasina mavitrika (12) dia mampiasa sari-tany mandamina ny tenany mba hampihenana ny tabataba, ary mampiasa clustering ambaratonga (mifototra amin'ny hazo) hamaritana ny vokatra miloko an-dranomasina azo avy amin'ny zanabolana isam-paritra [chlorophyll a (Chl-a), haavon'ny Fluorescence mahazatra ary zavatra organika levona miloko] sy saha ara-batana (mari-pana amin'ny ranomasina sy sira, topografika mavitrika tanteraka ary ranomandry).
Mampanahy ny firafitry ny vondrom-piarahamonina misy plankton satria misy fiantraikany lehibe amin'ny fatran'ny otrikaina ambony kokoa, ny fidiran'ny karbaona ary ny toetr'andro ny tontolo iainany.Na izany aza, mbola tanjona sarotra sy sarotra ny mamaritra ny faritany ekolojika manerantany mifototra amin'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina plankton.Ny satelita miloko an-dranomasina dia mety hanome fanazavana momba ny fanasokajiana ny phytoplankton manjavozavo na hanoro ny tombotsoan'ny vondrona miasa (15), saingy tsy afaka manome fampahalalana amin'ny antsipiriany momba ny firafitry ny vondrom-piarahamonina izy ireo amin'izao fotoana izao.Ny fanadihadiana vao haingana [oh Tara Ocean (16)] dia manome fandrefesana tsy mbola nisy toy izany ny firafitry ny vondrom-piarahamonina;Amin'izao fotoana izao, tsy misy afa-tsy ny fandinihana in-situ amin'ny sehatra manerantany (17).Ny fikarohana teo aloha dia namaritra betsaka ny "Faritany Biogeochemical" (12, 14, 18) mifototra amin'ny famaritana ny fitoviana biochemika (toy ny famokarana voalohany, Chl ary ny hazavana misy).Eto, ny maodely isa dia ampiasaina hamokarana [Darwin(2)], ary ny faritany ekolojika dia voafaritra araka ny firafitry ny vondrom-piarahamonina sy ny fiovaovan'ny otrikaina.Ny maodely nomerika ampiasaina amin'ity fandalinana ity dia manana fandrakofana manerantany ary azo ampitahaina amin'ny angon-drakitra efa misy (17) sy ny sahan'ny fandrefesana lavitra (Note S1).Ny angon-drakitra modely nomerika ampiasaina amin'ity fanadihadiana ity dia manana tombony amin'ny fandrakofana manerantany.Ny ecosystem modely dia ahitana karazana fitoplankton 35 ary karazana zooplankton 16 (jereo ny fitaovana sy ny fomba fiasa).Ny karazana plankton maodely dia mifandray tsy an-tariby miaraka amin'ireo rafitra covariance tsy Gaussian, noho izany dia tsy mety amin'ny famantarana ireo lamina miavaka sy tsy miovaova amin'ny rafi-piarahamonina vao misondrotra ny fomba fitiliana tsotra.Ny fomba SAGE nampidirina teto dia manome fomba vaovao hijerena ny fivoahan'ny modely Darwin sarotra.
Ny fahaiza-manaova mahery vaika amin'ny teknolojia data science/ML dia afaka manome vahaolana modely be pitsiny indrindra hanehoana rafitra sarotra nefa matanjaka amin'ny covariance data.Ny fomba matanjaka dia faritana ho fomba iray afaka mamerina amim-pahatokiana ny valiny ao anatin'ny elanelana diso.Na dia amin'ny rafitra tsotra aza dia mety ho fanamby ny famaritana ireo lamina sy famantarana matanjaka.Mandra-pahitana ny antony mahatonga ny lamina voamarika, dia mety ho sarotra/sarotra ny famahana ny fahasarotana mipoitra.Ny dingana manan-danja amin'ny fametrahana ny firafitry ny tontolo iainana dia tsy misy tsipika.Ny fisian'ny fifandraisana tsy misy tsipika dia mety hampifangaro ny fanasokajiana matanjaka, noho izany dia ilaina ny misoroka ny fomba izay mahatonga ny fiheverana matanjaka momba ny fizarana statistika fototra momba ny covariance data.Ny angon-drakitra avo lenta sy tsy an-tariby dia mahazatra amin'ny ranomasina oseana ary mety manana firafitry ny covariance miaraka amin'ny topolojia tsy Gaussian sarotra.Na dia mety hanakana ny fanasokajiana matanjaka aza ny angon-drakitra miaraka amin'ny firafitry ny covariance tsy Gaussian, ny fomba SAGE dia zava-baovao satria natao hamantarana ireo cluster misy topologie tsy misy dikany.
Ny tanjon'ny fomba SAGE dia ny hamantatra amin'ny fomba tsy miangatra ireo lamina mipoitra izay mety hanampy amin'ny fahatakarana bebe kokoa momba ny tontolo iainana.Manaraka ny workflow mifototra amin'ny cluster mitovy amin'ny (19), ny fari-piainan'ny ekolojika sy ny otrikaina dia ampiasaina hamaritana ny vondrona tokana ao amin'ny angona, antsoina hoe faritany ekolojika.Ny fomba SAGE natolotra tamin'ity fanadihadiana ity (sary 1) dia mampihena ny habeny amin'ny 55 ka hatramin'ny 11 amin'ny alàlan'ny famintinana ireo vondrona miasa plankton voafaritra a priori (jereo ny fitaovana sy ny fomba).Amin'ny alalan'ny fampiasana t-random neighbor embedding (t-SNE) fomba, ny habeny dia ahena kokoa amin'ny alàlan'ny fandefasana ny mety ho ao amin'ny habaka 3D.Ny fivondronana tsy misy fanaraha-maso dia afaka mamantatra ireo faritra akaiky ara-tontolo iainana [Clustering spatial-based (DBSCAN) ho an'ny fampiharana mifototra amin'ny tabataba].Ny t-SNE sy ny DBSCAN dia azo ampiharina amin'ny angona modely nomerika tsy misy tsipika.Avy eo dia avereno averina amin'ny tany ny faritany ekolojika vokatr'izany.Faritany ara-tontolo iainana miavaka maherin'ny zato no fantatra, mety amin'ny fikarohana isam-paritra.Mba handinihana ny maodely momba ny tontolo iainana mifanaraka amin'ny tontolo, ny fomba SAGE dia ampiasaina hanangonana ny faritany ekolojika ho lasa faritany ekolojika mitambatra (AEP) mba hanatsarana ny fahombiazan'ny faritany ekolojika.Ny haavon'ny fanangonana (antsoina hoe "sarotra") dia azo amboarina amin'ny haavon'ny antsipiriany ilaina.Farito ny fahasarotana kely indrindra amin'ny AEP matanjaka.Ny ifantohan'ny fifantenana dia ny fomba SAGE sy ny fijerena ireo tranganà AEP sarotra indrindra hamaritana ny fifehezana ny rafi-piarahamonina vonjy maika.Avy eo dia azo anaovana fanadihadiana ireo lamina mba hanomezana fomba fijery ara-tontolo iainana.Ny fomba nampidirina eto dia azo ampiasaina amin'ny fampitahana modely amin'ny fomba midadasika kokoa, ohatra, amin'ny fanombanana ny toerana misy ny faritany ara-tontolo iainana mitovy hita amin'ny maodely samihafa mba hanasongadinana ny fahasamihafana sy ny fitoviana, mba hampitahana ny modely.
(A) Diagrama skematika momba ny fizotran'ny asa hamaritana ny faritany ekolojika;amin'ny fampiasana ny fitambaran'ny vondrona miasa mba hampihenana ny angon-drakitra 55-dimensional tany am-boalohany ho amin'ny famoahana maodely 11-dimensiona, anisan'izany ny biomass misy plankton fito miasa / otrikaina sy taham-pamokarana otrikaina efatra.Sanda tsinontsinona sy faritra rakotra ranomandry maharitra.Ny angon-drakitra dia natao manara-penitra sy manara-penitra.Manomeza angon-drakitra 11 amin'ny algorithm t-SNE mba hanasongadinana ireo fitambarana endri-javatra mitovy amin'ny statistika.Ny DBSCAN dia hifidy tsara ny cluster mba hametrahana ny sandan'ny parameter.Farany avereno miverina amin'ny projection latitude/longitude ny angona.Mariho fa miverimberina in-10 ity dingana ity satria mety hiteraka fahasemporana kely amin'ny fampiharana ny t-SNE.(B) manazava ny fomba hahazoana ny AEP amin'ny famerimberenana ny fizotran'ny asa ao amin'ny (A) in-10.Ho an'ny tsirairay amin'ireo fampiharana 10 ireo, dia nofaritana ny matrix tsy fitovizan'ny Bray-Curtis (BC) inter-provincial miorina amin'ny biomass misy karazana fitoplankton 51.Farito ny fahasamihafan'ny BC eo amin'ny faritany, manomboka amin'ny fahasarotana 1 AEP ka hatramin'ny fahasarotana feno 115. Ny benchmark BC dia napetraky ny Faritany Longhurst.
Ny fomba SAGE dia mampiasa ny vokatra avy amin'ny modely nomerika ara-batana/ekosistema 3D manerantany mba hamaritana ny faritany ekolojika [Darwin (2);jereo Fitaovana sy Fomba ary Fanamarihana S1].Ny singa ao amin'ny tontolo iainana dia ahitana karazana phytoplankton 35 sy karazana zooplankton 16, miaraka amin'ny vondrona miasa fito efa voafaritra mialoha: prokaryotes sy eukaryotes mifanaraka amin'ny tontolo misy otrikaina ambany, coccidia misy coating karbônina kalsioma, ary fixation azota mavesatra Otrikaina azota (matetika tsy ampy). otrikaina manan-danja), miaraka amin'ny saron'ny siliceous, dia afaka manao photosynthesis plankton hafa ary mamono ny flagellates otrikaina mifangaro sy ny mpiompy zooplankton.Ny halavan'ny habeny dia 0.6 hatramin'ny 2500μm mitovy savaivony boribory.Ny fizarana modely amin'ny haben'ny fitoplankton sy ny vondrona miasa dia mirakitra ny toetra ankapobeny hita amin'ny fijerena zanabolana sy in-situ (jereo ny sary S1 ka hatramin'ny S3).Ny fitoviana misy eo amin'ny maodely isa sy ny ranomasina voamarika dia manondro fa ny faritany voafaritry ny maodely dia mety azo ampiharina amin'ny ranomasina in-situ.Mariho fa ity maodely ity dia tsy misy afa-tsy ny karazana fitoplankton, ary ny faritra fanerena ara-batana sy simika ao amin'ny ranomasimbe.Ny fomba SAGE dia afaka manampy ny olona hahatakatra tsara kokoa ny rafitra fanaraha-maso isam-paritra amin'ny rafi-piarahamonina modely.
Amin'ny fampidirana afa-tsy ny fitambaran'ny biomass ambonin'ny tany (miaraka amin'ny salan'isa 20 taona) isaky ny vondrona miasa plankton, dia azo ahena ny haben'ny angona.Taorian'ny fanadihadiana teo aloha dia nampiseho ny anjara asany lehibe amin'ny fametrahana ny firafitry ny vondrom-piarahamonina, dia nampidirina ihany koa ny teny loharanon-tany ho an'ny fikorianan'ny otrikaina (famatsiana azota, vy, phosphate ary asidra silisika) [oh (20, 21)].Ny famintinana ny vondrona miasa dia mampihena ny olana avy amin'ny 55 (51 plankton sy 4 nutrient fluxes) ho 11 refy.Amin'ity fandalinana voalohany ity, noho ny teritery kajy napetraky ny algorithm, ny halalin'ny sy ny fiovaovan'ny fotoana dia tsy nodinihina.
Ny fomba SAGE dia afaka mamantatra ny fifandraisana manan-danja eo amin'ny fizotran'ny tsy linear sy ny singa fototra amin'ny fifandraisana misy eo amin'ny biomass vondrona miasa sy ny flux otrikaina.Ny fampiasana angon-drakitra 11 mifototra amin'ny fomba fianarana lavitra Euclidean (toy ny K-means) dia tsy afaka mahazo faritany azo antoka sy azo averina (19, 22).Izany dia satria tsy misy endrika Gaussian hita ao amin'ny fizarana fototra ny covariance amin'ireo singa fototra izay mamaritra ny faritany ekolojika.Ny K-mean'ny sela Voronoi (tsipika mahitsy) dia tsy afaka mitazona ny fizarana fototra tsy Gaussian.
Ny biomass amin'ny vondrona miasa plankton fito sy ny fikorianan'ny otrikaina efatra dia mamorona vector 11 dimensional x.Noho izany, x dia sahan'ny vector eo amin'ny grid model, izay ny singa xi tsirairay dia maneho ny vector 11-dimensional voafaritra ao amin'ny grid horizontal model.Ny fanondro i tsirairay dia mamaritra ny teboka iray amin'ny habakabaka, izay (lon, lat) = (ϕi, θi).Raha latsaky ny 1.2 × 10-3mg Chl/m3 ny biomass an'ny tarika maodely na mihoatra ny 70% ny tahan'ny fandrakofana ranomandry, dia ampiasaina sy ariana ny log de biomass.Ny angon-drakitra dia ara-dalàna sy manara-penitra, noho izany ny angona rehetra dia ao anatin'ny salan'isa [0 ka hatramin'ny 1], ny salan'isa dia esorina ary ampitomboina amin'ny fiovaovan'ny tarika.Izany dia atao mba tsy ho feran'ny fifanoherana amin'ny sanda azo atao ny endri-javatra (biomasy sy otrikaina).Ny fivondronana dia tokony haka ny fifandraisan'ny fiovana avy amin'ny elanelana mety ho lehibe eo amin'ireo endri-javatra fa tsy ny halavirana ara-jeografika.Amin'ny fanisana ireo halavirana ireo dia mipoitra ireo endri-javatra manan-danja, fa ny antsipiriany tsy ilaina dia ariana.Amin'ny fomba fijery ara-tontolo iainana, ilaina izany satria ny karazana phytoplankton misy biomass kely dia mety hisy fiantraikany amin'ny biogeokimia lehibe kokoa, toy ny fiorenan'ny azota amin'ny bakteria diazotrophika.Rehefa manara-penitra sy manara-dalàna ny angon-drakitra dia hasongadina ireo karazana covariates ireo.
Amin'ny fanantitranterana ny maha-akaiky ny endri-javatra amin'ny habaka avo lenta amin'ny fanehoana amin'ny endrika ambany, ny algorithm t-SNE dia ampiasaina mba hampazava kokoa ny faritra misy mitovy.Ny asa teo aloha dia mikendry ny hanangana tambajotra neural lalina ho an'ny fampiharana sensing lavitra nampiasa t-SNE, izay nanaporofo ny fahaizany manasaraka ireo singa fototra (23).Izany dia dingana ilaina mba hamantarana ny clustering matanjaka ao amin'ny angon-drakitra endri-javatra raha ny fisorohana ny tsy convergent vahaolana (fanamarihana S2).Amin'ny fampiasana kernel Gaussian, ny t-SNE dia mitahiry ny toetran'ny statistika amin'ny angon-drakitra amin'ny alàlan'ny fametahana sarintany ny zavatra avo-dimensional tsirairay amin'ny teboka iray ao amin'ny habaka 3D, amin'izany dia miantoka fa ny mety hisian'ny zavatra mitovy amin'ny lalana avo sy ambany dia avo amin'ny avo- habaka dimensional (24).Raha jerena ny fitambaran'ny zavatra avo lenta N x1,…,xN, dia mihena ny algorithm t-SNE amin'ny alàlan'ny fampihenana ny fahasamihafan'ny Kullback-Leibler (KL) (25).Ny fahasamihafan'ny KL dia fandrefesana ny maha-samihafa ny fitsinjarana mety amin'ny fizarana faharoa momba ny mety, ary afaka manombatombana tsara ny mety hisian'ny fifamatorana eo amin'ny fanehoana ambany amin'ny endri-javatra avo lenta.Raha xi no zavatra i-th ao amin'ny habakabaka N-dimensional, xj dia zavatra j-th ao amin'ny habaka N-dimensional, yi dia zavatra i-th amin'ny habakabaka ambany, ary yj dia zavatra j-th amin'ny ambany. -Espace dimensional, avy eo ny t -SNE dia mamaritra ny mety hitovizana ppj∣i = exp(-∥xi-xj∥2/2σi2)∑k≠iexp(-∥xi-xk∥2/2σi2), ary ho an'ny fitambaran'ny fampihenana dimensional q∣j = (1+ ∥ yi-yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Ny sary 2A dia mampiseho ny fiantraikan'ny fampihenana ny biomass sy ny veterin'ny flux otrikaina amin'ny fitambarana 11 dimensional ho 3D.Ny antony manosika ny fampiharana t-SNE dia azo ampitahaina amin'ny antony manosika ny famakafakana singa fototra (PCA), izay mampiasa ny toetran'ny variance mba hanamafisana ny faritra / toetran'ny angon-drakitra, ka mampihena ny habeny.Ny fomba t-SNE dia hita fa ambony noho ny PCA amin'ny fanomezana vokatra azo itokisana sy azo averina ho an'ny Eco-ministry (jereo Fanamarihana S2).Mety ho noho ny fiheverana orthogonality an'ny PCA dia tsy mety amin'ny famantarana ny fifandraisana manakiana eo amin'ny endri-javatra interactive tsy misy linear, satria ny PCA dia mifantoka amin'ny rafitra covariance linear (26).Amin'ny fampiasana angon-drakitra fandrefesana lavitra, Lunga et al.(27) dia mampiseho ny fomba fampiasana ny fomba SNE mba hanasongadinana ireo endri-javatra spektral sarotra sy tsy mitongilana izay miala amin'ny fizarana Gaussian.
(A) Ny tahan'ny famatsiana otrikaina maodely, biomass vondrona phytoplankton sy zooplankton nosarin'ny algorithm t-SNE ary lokon'ny faritany mampiasa DBSCAN.Ny teboka tsirairay dia maneho teboka iray amin'ny habaka avo lenta, araka ny aseho amin'ny sary 6B, ny ankamaroan'ny teboka dia voasambotra.Ny shafts dia manondro ny "t-SNE" habe 1, 2 ary 3. (B) Ny vinavina ara-jeografika ny faritany hitan'ny DBSCAN eo amin'ny tsipika latitude-latitude niaviany.Ny loko dia tokony ho raisina ho toy ny loko rehetra, fa tokony hifanaraka amin'ny (A).
Ireo singa mifandraika amin'ny latitude sy latitude.Raha mifanakaiky ny teboka roa ao amin'ny sary 2A, dia satria mitovy ny fiovaovan'ny biomass sy ny otrikaina, fa tsy noho ny elanelana ara-jeografika.Ny loko ao amin'ny sary 2A dia cluster hita amin'ny alàlan'ny fomba DBSCAN (28).Rehefa mikaroka fandinihana mivaingana, ny algorithm DBSCAN dia mampiasa ny halavirana amin'ny fanehoana 3D eo anelanelan'ny teboka (ϵ = 0.39; raha mila fanazavana momba an'io safidy io, jereo ny fitaovana sy ny fomba), ary ny isan'ny teboka mitovy dia takiana hamaritana ny cluster (eto 100 isa, azafady jereo etsy ambony).Ny fomba DBSCAN dia tsy manao vinavina momba ny endrika na ny isan'ny cluster ao amin'ny angona, araka ny aseho eto ambany:
3) Ho an'ny teboka rehetra fantatra fa ao anatin'ny elanelana ao anatiny, avereno indray ny dingana 2 mba hamaritana ny sisin'ny cluster.Raha mihoatra ny sanda ambany indrindra napetraka ny isan'ny teboka, dia voatondro ho cluster izany.
Ny angon-drakitra tsy mahafeno ny mpikambana ao amin'ny cluster kely indrindra sy ny metrika ϵ halavirana dia heverina ho "tabataba" ary tsy omena loko.DBSCAN dia algorithm haingana sy azo esorina miaraka amin'ny fampisehoana O (n2) amin'ny tranga ratsy indrindra.Raha ny fanadihadiana amin'izao fotoana izao dia tsy kisendrasendra.Ny isa kely indrindra dia faritana amin'ny fanombanana manam-pahaizana.Aorian'ny fanitsiana ny halavirana aorian'izay dia tsy milamina tsara ny vokatra ao anatin'ny ≈±10.Ity halavirana ity dia apetraka amin'ny alalan'ny fifandraisana (sary 6A) sy ny isan-jaton'ny fandrakofana ranomasina (sary 6B).Ny fampifandraisana dia faritana ho isan'ny kluster mitambatra ary saro-pady amin'ny mari-pamantarana ϵ.Ny fampifandraisana ambany kokoa dia midika fa tsy ampy ny fampifangaroana faritra miaraka amin'ny artifisialy.Ny fifandraisana ambony dia manondro ny overfitting.Azo eritreretina ny mampiasa ny kely indrindra, fa raha mihoatra ny ca ny kely indrindra dia tsy azo atao ny mahazo vahaolana azo antoka.135 (Raha mila fanazavana fanampiny dia jereo ny Materials and Methods).
Ireo cluster 115 hita ao amin'ny sary 2A dia averina amin'ny tany ao amin'ny sary 2B.Ny loko tsirairay dia mifanandrify amin'ny fitambaran'ny anton-javatra biolojika sy ara-tontolo iainana voafaritry ny DBSCAN.Raha vantany vao voafaritry ny clusters, ny fikambanan'ny teboka tsirairay ao amin'ny Figure 2A miaraka amin'ny latitude sy longitude manokana dia ampiasaina hamerenana ireo clusters hiverina amin'ny faritra ara-jeografika.Ny sary 2B dia mampiseho izany miaraka amin'ny loko cluster mitovy amin'ny sary 2A.Ny loko mitovitovy dia tsy tokony hadika ho fitoviana ara-tontolo iainana, satria izy ireo dia voatendry amin'ny filaharana izay ahitana ny cluster amin'ny algorithm.
Ny faritra ao amin'ny sary 2B dia mety hitovy amin'ny faritra voaorina ao amin'ny fizika sy/na biogeokimia an'ny ranomasina.Ohatra, ny cluster ao amin'ny Oseana Atsimo dia faritra-symmetrical, misy vortices oligotrophic miseho, ary ny fifindrana maranitra dia manondro ny fiantraikan'ny rivotry ny varotra.Ohatra, any amin'ny Pasifika ekoatorialy dia hita ny faritra samihafa mifandraika amin'ny fiakarana.
Mba hahatakarana ny tontolo ekolojika ao amin'ny Eco-Province, dia nisy fiovaovan'ny tondro fahasamihafan'ny Bray-Curtis (BC) (29) nampiasaina hanombanana ny ekolojia ao amin'ny cluster.Ny tondro BC dia angona statistika ampiasaina hamaritana ny fahasamihafan'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina eo amin'ny toerana roa samy hafa.Ny fandrefesana BC dia azo ampiharina amin'ny biomass misy karazana fitoplankton sy zooplankton 51 BCninj = 1-2CninjSni + Snj
Ny BCninj dia manondro ny fitoviana misy eo amin'ny fitambarana ni sy ny fitambaran'ny nj, izay ny Cninj dia ny sanda kely indrindra amin'ny karazana biomassa tokana izay misy amin'ny fitambarana ni sy nj, ary ny Sni dia maneho ny fitambaran'ny biomasse rehetra misy ao amin'ireo fitambarana ni sy Snj.Ny fahasamihafan'ny BC dia mitovy amin'ny fandrefesana ny halavirana, fa miasa amin'ny habaka tsy Euclidean, izay mety kokoa amin'ny angon-drakitra momba ny tontolo iainana sy ny fandikana azy.
Ho an'ny kluster tsirairay hita ao amin'ny sary 2B, dia azo tombanana ny fitovian'ny BC ao amin'ny faritany sy ny isam-paritany.Ny fahasamihafan'ny BC ao anatin'ny faritany iray dia manondro ny fahasamihafan'ny sandan'ny salan'isa amin'ny faritany sy ny teboka tsirairay ao amin'ny faritany.Ny fahasamihafana misy eo amin'ny faritany BC dia manondro ny fitovian'ny faritany iray sy ny faritany hafa.Ny sary 3A dia mampiseho matrice BC symmetrika (0, mainty: mifanandrify tanteraka; 1, fotsy: tsy mitovy tanteraka).Ny andalana tsirairay ao amin'ny grafika dia mampiseho lamina ao amin'ny angona.Ny sary 3B dia mampiseho ny maha-zava-dehibe ara-jeografika ny vokatry ny BC amin'ny sary 3A isaky ny faritany.Ho an'ny faritany iray ao amin'ny faritra ambany otrikaina sy tsy misy otrikaina, ny sary 3B dia mampiseho fa mitovy amin'ny fototra ny symmetry amin'ny faritra midadasika manodidina ny ekoatera sy ny ranomasimbe Indianina, saingy ny faritra ambony sy ny fiakarana dia samy hafa be.
(A) Ny halehiben'ny fahasamihafan'ny BC dia tombanana ho an'ny faritany tsirairay mifototra amin'ny salan'isa maneran-tany maneran-tany 20 taona amin'ny plankton 51.Mariho ny symmetry andrasana amin'ny soatoavina.(B) Ny projection spatial amin'ny tsanganana (na andalana).Ho an'ny faritany amin'ny faribolana dystrophic, ny fizarana maneran-tany ny fepetra mitovy amin'ny BC dia nodinihina, ary ny salan'isa 20 taona maneran-tany dia nodinihina.Ny mainty (BC = 0) dia midika faritra mitovy, ary fotsy (BC = 1) dia midika hoe tsy misy fitoviana.
Ny sary 4A dia mampiseho ny fahasamihafan'ny BC ao amin'ny faritany tsirairay ao amin'ny sary 2B.Famaritana amin'ny fampiasana ny fitambaran'ny salan'isa eo amin'ny salan'isa iray, ary ny famaritana ny tsy fitovizan'ny BC sy ny salan'ny teboka tsirairay ao amin'ny faritany, dia mampiseho fa ny fomba SAGE dia afaka manasaraka tsara karazana 51 mifototra amin'ny fitoviana ara-tontolo iainana. angona modely.Ny tsy fitovizan'ny cluster BC amin'ny karazana 51 rehetra dia 0.102±0.0049.
(A, B, ary D) Ny fahasamihafan'ny BC ao amin'ny faritany dia tombanana ho ny salan'isa BC eo amin'ny vondrom-piarahamonina teboka tsirairay sy ny faritany antonony, ary tsy mihena ny fahasarotana.(2) Ny salan'isa maneran-tany ao anatin'ny faritany BC dia 0.227±0.117.Ity no mari-pamantarana amin'ny fanasokajiana mifototra amin'ny fanentanana ara-tontolo iainana natolotr'ity asa ity [tsipika maitso ao amin'ny (C)].(C) Salanisan'ny fahasamihafan'ny BC ao amin'ny faritany: Ny tsipika mainty dia maneho ny fahasamihafan'ny BC ao amin'ny faritany miaraka amin'ny fahasarotana mitombo.Ny 2σ dia avy amin'ny fiverimberenan'ny fizotry ny famantarana ny faritany ara-tontolo iainana in-10.Ho an'ny totalin'ny fahasarotan'ny faritany hitan'ny DBSCAN, (A) dia mampiseho fa ny tsy fitovian'ny BC ao amin'ny faritany dia 0,099, ary ny fanasokajiana ny fahasarotana naroson'ny (C) dia 12, ka nahatonga ny tsy fitoviana BC amin'ny 0,200 ao amin'ny faritany.araka ny asehon’ny sary.(D).
Ao amin'ny sary 4B, ny biomass misy karazana plankton 51 dia ampiasaina hanehoana ny fahasamihafana BC mitovy amin'ny faritanin'i Longhurst.Ny salan'isa ankapoben'ny faritany tsirairay dia 0.227, ary ny fivilian-dàlana manara-penitra amin'ireo teboka marindrano mifandraika amin'ny fahasamihafan'ny faritany BC dia 0.046.Ity dia lehibe kokoa noho ny cluster hita ao amin'ny sary 1B.Raha ny tokony ho izy, amin'ny fampiasana ny fitambaran'ireo vondrona miasa fito, dia nitombo ho 0.232 ny tsy fitovian'ny vanim-potoana BC ao Longhurst.
Ny sarintanin'ny tontolo iainana maneran-tany dia manome antsipiriany be pitsiny momba ny fifandraisana ara-tontolo iainana tsy manam-paharoa sy ny fanatsarana natao tamin'ny fampiasana ny rafitry ny tontolo iainana manontolo ao amin'ny Faritanin'i Longhurst.Ny Minisiteran'ny Ekolojia dia antenaina hanome fanazavana momba ny fizotry ny fanaraha-maso ny tontolo iainana maodely nomerika, ary io hevitra io dia hanampy amin'ny fikarohana asa eny an-kianja.Ho an'ny tanjon'ity fikarohana ity dia tsy azo atao ny mampiseho feno faritany mihoatra ny zato.Ny fizarana manaraka dia mampiditra ny fomba SAGE izay mamintina ireo faritany.
Anisan'ny tanjon'ny faritany ny fampiroboroboana ny fahatakarana ny toerana sy ny fitantanana ny faritany.Mba hamaritana ny toe-javatra maika, ny fomba ao amin'ny sary 1B dia mampiseho ny fanatobiana ireo faritany mitovy amin'ny tontolo iainana.Ny faritany ekolojika dia mivondrona mifototra amin'ny fitoviana ara-tontolo iainana, ary ny fivondronan'ny faritany toy izany dia antsoina hoe AEP.Mametraha “complexité” azo ovaina arakaraka ny isan'ny faritany hodinihina.Ny teny hoe "sarotra" dia ampiasaina satria mamela ny haavon'ny toetran'ny vonjy taitra ahitsy.Mba hamaritana ny fitambarana misy dikany, ny salan'isa BC ao amin'ny faritany 0,227 avy amin'i Longhurst no ampiasaina ho marika.Eo ambanin'ity mari-pamantarana ity dia tsy heverina ho ilaina intsony ireo faritany mitambatra.
Araka ny aseho amin'ny sary 3B, ny faritany ekolojika maneran-tany dia mirindra.Amin'ny fampiasana ny fahasamihafan'ny BC isan-paritany, dia hita fa tena "mahazatra" ny configurations sasany.Aingam-panahy avy amin'ny fototarazo sy ny fomba teorian'ny grafika, ny "sary mifandray" dia ampiasaina handaminana> faritany 100 mifototra amin'ny faritany mitovy aminy.Ny mari-pamantarana "fifandraisana" eto dia faritana amin'ny alàlan'ny tsy fitoviana BC eo amin'ny faritany (30).Ny isan'ny faritany manana habaka lehibe kokoa amin'ny fanasokajiana ny faritany> 100 dia azo lazaina eto ho sarotra.Ny AEP dia vokatra manasokajy faritany maherin'ny 100 ho faritany ara-tontolo iainana manjaka indrindra/ akaiky indrindra.Ny faritany ara-tontolo iainana tsirairay dia voatendry amin'ny faritany ara-tontolo iainana manan-danja/mifandray be izay mitovy aminy indrindra.Ity fitambarana voafaritry ny fahasamihafan'ny BC ity dia ahafahan'ny fomba manara-penitra amin'ny tontolo iainana manerantany.
Ny fahasarotana voafantina dia mety ho sanda rehetra manomboka amin'ny 1 ka hatramin'ny fahasarotan'ny FIG.2A.Amin'ny fahasarotana ambany kokoa, ny AEP dia mety hiharatsy noho ny dingana fampihenana ny haben'ny probabilistika (t-SNE).Ny fahapotehana dia midika fa ny faritany ara-tontolo iainana dia azo omena AEP samihafa eo anelanelan'ny famerimberenana, ka manova ny faritra ara-jeografika voarakotra.Ny sary 4C dia mampiseho ny fiparitahan'ny tsy fitovizan'ny BC ao anatin'ny faritany ao amin'ny AEP izay mitombo ny fahasarotana amin'ny fampiharana 10 (sary ao amin'ny sary 1B).Ao amin'ny sary 4C, 2σ (faritra manga) dia fandrefesana ny fahasimbana amin'ny fampiharana 10, ary ny tsipika maitso dia maneho ny mari-pamantarana Longhurst.Ny zava-misy dia nanaporofo fa ny fahasarotan'ny 12 dia afaka mitazona ny fahasamihafan'ny BC ao amin'ny faritany eo ambanin'ny mari-pamantarana Longhurst amin'ny fampiharana rehetra ary mitazona ny fahasimbana 2σ kely.Raha fintinina, ny fahasarotana kely indrindra atolotra dia 12 AEPs, ary ny salan'isa ao amin'ny faritany BC izay tombanana amin'ny fampiasana karazana plankton 51 dia 0,198±0,013, araka ny aseho amin'ny sary 4D.Amin'ny fampiasana ny fitambaran'ny vondrona miasa plankton fito, ny salan'isa BC ao anatin'ny faritany dia 2σ fa tsy 0,198±0,004.Ny fampitahana ny fahasamihafan'ny BC izay kajy amin'ny totalin'ny biomass an'ny vondrona miasa fito na ny biomass amin'ny karazana plankton 51 rehetra dia mampiseho fa na dia azo ampiharina amin'ny toe-javatra 51 dimension aza ny fomba SAGE, dia ho an'ny totalin'ny biomass an'ireo vondrona miasa fito. Ho fanofanana.
Miankina amin'ny tanjon'ny fikarohana rehetra, ny haavon'ny fahasarotana samihafa dia azo raisina.Ny fianarana isam-paritra dia mety mitaky fahasarotana feno (izany hoe, faritany 115 rehetra).Ho ohatra sy ho fanazavana, dia diniho ny fahasarotana kely indrindra naroson'ny 12.
Ohatra amin'ny fampiasana ny fomba SAGE, AEPs 12 miaraka amin'ny fahasarotana kely indrindra amin'ny 12 no ampiasaina eto mba hijery ny fanaraha-maso ny rafi-piarahamonina vonjy maika.Ny sary 5 dia maneho ny fomba fijery ara-tontolo iainana voavondrona amin'ny AEP (avy amin'ny A ka hatramin'ny L): Ao amin'ny Redfield stoichiometry, ny haben'ny jeografia (sary 5C), ny fitambaran'ny biomass vondrona miasa (sary 5A) ary ny famatsiana otrikaina (sary 5B) dia ataon'ny N Zoomed.Aseho ny tahan'ny (N:Si:P:Fe, 1:1:16:16×103).Ho an'ny tontonana farany, P ampitomboina amin'ny 16 ary Fe ampitomboina amin'ny 16 × 103, noho izany dia mitovy amin'ny fepetra ara-tsakafon'ny fitoplankton ny kisary bar.
Ny faritany dia sokajiana ho 12 AEPs A hatramin'ny L. (A) Biomass (mgC/m3) amin'ny tontolo iainana ao amin'ny faritany 12.(B) Ny tahan'ny flux otrikaina amin'ny azota inorganika levona (N), vy (Fe), phosphate (P) ary asidra silicic (Si) (mmol/m3 isan-taona).Ny Fe sy ny P dia ampitomboina amin'ny 16 sy 16 × 103 tsirairay avy, mba hanamafisana ny fepetra takian'ny stoichiometry ny phytoplankton.(C) Mariho ny fahasamihafana misy eo amin'ny faritra polar, ny rivodoza subtropika ary ny faritra lehibe amin'ny vanim-potoana / fiakarana.Ny tobim-panaraha-maso dia voamarika toy izao: 1, SEATS;2, ALOHA;3, gara P;ary 4, BATS.
Ny AEP fantatra dia miavaka.Misy symmetrika kely manodidina ny ekoatera ao amin'ny Oseana Atlantika sy Pasifika, ary misy faritra mitovitovy nefa mihalehibe any amin'ny Ranomasimbe Indianina.Ny AEP sasany dia mamihina ny ilany andrefan'ny kaontinanta mifandray amin'ny fiakarana.Ny South Pole Circumpolar Current dia heverina ho singa zonal lehibe.Ny cyclone subtropika dia andiana oligotrophic AEP.Any amin'ireo faritany ireo, miharihary ny lamina mahazatra momba ny fahasamihafan'ny biomass eo amin'ny vortices oligotrophique fehezin'ny plankton sy ny faritra polar manankarena diatom.
Ireo AEP izay manana biomass fitoplankton mitotaly mitovitovy dia mety manana firafitry ny vondrom-piarahamonina samihafa ary mandrakotra faritra ara-jeografika samihafa, toy ny D, H, ary K, izay manana biomassa fitoplankton manontolo mitovy.Ao amin'ny Ranomasimbe Indianina ekoatera no tena misy ny AEP H, ary betsaka kokoa ny bakteria diazotrophique.Ny AEP D dia hita any amin'ny dobo maromaro, saingy misongadina indrindra any amin'ny Pasifika manodidina ny faritra be vokatra manodidina ny fiakaran'ny ekoatera.Ny endrik'ity faritany Pasifika ity dia mampahatsiahy ny fiaran-dalamby onja planeta.Vitsy ny diazobacteria ao amin'ny AEP D, ary maro kokoa ny cones.Raha oharina amin'ireo faritany roa hafa, ny AEP K dia tsy hita afa-tsy any amin'ny faritra avo amin'ny Oseana Arktika, ary misy diatomy sy plankton vitsy kokoa.Marihina fa tsy mitovy ihany koa ny habetsahan’ny plankton amin’ireo faritra telo ireo.Amin'izy ireo, ny habetsahan'ny plankton ao amin'ny AEP K dia somary ambany, raha ny an'ny AEP D sy H dia somary avo.Noho izany, na dia eo aza ny biomass-ny (ary noho izany dia mitovitovy amin'ny Chl-a), ireo faritany ireo dia tena hafa: ny fitsapana faritany mifototra amin'ny Chl dia mety tsy haka ireo fahasamihafana ireo.
Miharihary ihany koa fa mety hitovy amin'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina phytoplankton ny AEP sasany manana biomassa tena samy hafa.Ohatra, hita ao amin'ny AEP D sy E izany. Mifanakaiky izy ireo, ary any amin'ny Oseana Pasifika, ny AEP E dia manakaiky ny AEPJ tena mamokatra.Toy izany koa, tsy misy fifandraisana mazava eo amin'ny biomass phytoplankton sy ny habetsahan'ny zooplankton.
Ny AEP dia azo takarina amin'ny lafiny otrikaina omena azy ireo (sary 5B).Ny diatoms dia tsy misy afa-tsy raha misy asidra silicic ampy.Amin'ny ankapobeny, arakaraky ny famatsiana asidra silicic no ambony kokoa ny biomass ny diatoms.Ny diatom dia hita ao amin'ny AEP A, J, K ary L. Ny tahan'ny biomass diatom mifandraika amin'ny fitoplankton hafa dia voafaritra amin'ny N, P ary Fe omena mifandraika amin'ny fitakiana diatom.Ohatra, ny AEP L dia anjakan'ny diatoms.Raha oharina amin'ny otrikaina hafa, Si no manana famatsiana ambony indrindra.Mifanohitra amin'izany kosa, na dia eo aza ny vokatra avo kokoa, ny AEP J dia manana diatomy vitsy kokoa ary kely kokoa ny famatsiana silisiôma (rehetra ary mifandraika amin'ny otrikaina hafa).
Ny bakteria diazonium dia manana fahafahana manamboatra nitrogen, saingy mitombo tsikelikely (31).Miara-miaina amin'ny fitoplankton hafa izy ireo, izay be loatra ny vy sy ny phosphorus raha oharina amin'ny fangatahana otrikaina tsy diazonium (20, 21).Tsara ny manamarika fa ny biomass diazotrophique dia somary avo, ary ny famatsiana Fe sy P dia somary lehibe raha oharina amin'ny famatsiana ny N. Amin'izany fomba izany, na dia ambony aza ny biomass manontolo ao amin'ny AEP J, ny biomass diazonium ao amin'ny AEP H dia avo kokoa. lehibe kokoa noho ny ao amin'ny J. Azafady, mariho fa ny AEP J sy H dia samy hafa ara-jeografika, ary ny H dia ao amin'ny Ranomasimbe Indianina ekoatorialy.
Raha tsy zaraina ho faritany ny firafitry ny tontolo iainana tsy manam-paharoa, dia tsy hazava loatra ny hevitra azo avy amin'ny maodely sarotra indrindra an'ny AEP 12.Ny AEP novokarin'ny SAGE dia manamora ny fampitahana mirindra sy miaraka amin'ny fampahalalana be pitsiny sy avo lenta avy amin'ny maodely momba ny tontolo iainana.Ny AEP dia manantitrantitra tsara hoe nahoana ny Chl no tsy fomba tsara sy fomba hafa hamaritana ny firafitry ny vondrom-piarahamonina na ny habetsahan'ny zooplankton amin'ny haavo otrikaina ambony kokoa.Ny famakafakana amin'ny antsipiriany momba ny lohahevitry ny fikarohana mitohy dia any ivelan'ity lahatsoratra ity.Ny fomba SAGE dia manome fomba iray hijerena ireo mekanika hafa ao amin'ny maodely izay mora karakaraina noho ny fijerena point-to-point.
Ny fomba SAGE dia atolotra mba hanazavana ny angon-drakitra momba ny tontolo iainana faran'izay sarotra avy amin'ny maodely nomerika ara-batana/biogeokimia/ekosistema manerantany.Ny faritany ara-tontolo iainana dia faritana amin'ny fitambaran'ny biomass amin'ny vondrona miasa cross-plankton, ny fampiharana ny t-SNE probability reduction algorithm ary ny clustering amin'ny fampiasana ny fomba ML tsy voafehy DBSCAN.Ny teôlôjian'ny BC isan-paritany momba ny fomba fanaovana akany dia ampiharina mba hahazoana AEP matanjaka azo ampiasaina amin'ny fandikana manerantany.Eo amin’ny lafiny fanorenana dia miavaka ny Eco-Province sy ny AEP.Ny fanatobiana AEP dia azo amboarina eo anelanelan'ny fahasarotana feno amin'ny faritany ekolojika tany am-boalohany sy ny tokonam-baravarana farany ambany indrindra amin'ny AEP 12.Ny fametrahana akany sy ny famaritana ny fahasarotana kely indrindra amin'ny AEP dia heverina ho dingana lehibe, satria ny mety ho t-SNE dia manimba ny AEP amin'ny <12 sarotra.Ny fomba SAGE dia maneran-tany, ary ny fahasarotany dia manomboka amin'ny> 100 AEP ka hatramin'ny 12. Ho an'ny fahatsorana, ny fifantohana amin'izao fotoana izao dia ny fahasarotan'ny AEP 12 manerantany.Ny fikarohana amin'ny ho avy, indrindra fa ny fandalinana isam-paritra, dia mety hahita ampahany kely kokoa amin'ny faritra ara-tontolo iainana amin'ny faritany ara-tontolo iainana mahasoa, ary mety ho tafangona any amin'ny faritra kely kokoa mba hanararaotra ireo fomba fijery ara-tontolo iainana resahina eto.Manome soso-kevitra momba ny fomba azo ampiasana ireo faritany ara-tontolo iainana ireo sy ireo hevi-baovao azo avy amin'izy ireo mba hahazoana fahatakarana bebe kokoa momba ny tontolo iainana, hanamora ny fampitahana modely, ary mety hanatsara ny fanaraha-maso ny tontolo iainana an-dranomasina.
Ny faritany ara-tontolo iainana sy ny AEP fantatra amin'ny fomba SAGE dia mifototra amin'ny angona ao amin'ny maodely isa.Amin'ny famaritana, ny maodely nomerika dia rafitra tsotsotra, manandrana maka ny fototry ny rafitra kendrena, ary ny modely samihafa dia hanana fizarana plankton samihafa.Ny maodely isa ampiasaina amin'ity fandalinana ity dia tsy afaka maka tanteraka ny sasany amin'ireo lamina voamarika (ohatra, ao amin'ny tombantomban'ny Chl ho an'ny faritra ekoatera sy ny Oseana Atsimo).Ampahany kely amin'ny fahasamihafan'ny tena ranomasina ihany no voasambotra, ary ny meso sy ny sub-mesoscales dia tsy azo vahana, izay mety hisy fiantraikany amin'ny fikorianan'ny otrikaina sy ny firafitry ny vondrom-piarahamonina kely kokoa.Na dia eo aza ireo lesoka ireo dia hita fa tena ilaina tokoa ny AEP amin'ny fanampiana amin'ny fahazoana ireo modely sarotra.Amin'ny fanombanana ny toerana ahitana faritany ara-tontolo iainana mitovy amin'izany, ny AEP dia manome fitaovana fampitahana modely amin'ny isa.Ny maodely isa amin'izao fotoana izao dia mirakitra ny lamina ankapoben'ny fifantohana Chl-a phytoplankton mahatsikaritra lavitra sy ny fizarana ny haben'ny plankton sy ny vondrona miasa (Note S1 sy Sary S1) (2, 32).
Araka ny asehon'ny tsipika contour 0.1 mgChl-a/m-3, ny AEP dia mizara ho faritra oligotrophic sy faritra mesotrophic (sary S1B): AEP B, C, D, E, F ary G dia faritra oligotrophic, ary ny faritra sisa dia misy Higher Chl-a.Ny AEP dia mampiseho fifandraisana amin'ny Faritanin'i Longhurst (sary S3A), ohatra, ny Oseana Atsimo sy ny Pasifika ekoatorialy.Any amin'ny faritra sasany, ny AEP dia mandrakotra faritra Longhurst maro, ary ny mifamadika amin'izany.Koa satria tsy mitovy ny fikasana hametra faritany amin'ity faritra ity sy Longhurst, dia heverina fa hisy ny tsy fitoviana.Ny AEP maro ao amin'ny faritany Longhurst dia manondro fa ny faritra sasany manana biogeochemistry mitovy amin'izany dia mety manana rafitra ekôsistema tena samihafa.Ny AEP dia mampiseho fifandraisana amin'ny fanjakana ara-batana, araka ny nambara tamin'ny fampiasana fianarana tsy misy fanaraha-maso (19), toy ny any amin'ny fanjakana avo be (ohatra, ny Oseana Atsimo sy ny Pasifika ekoatorialy; Sary S3, C ary D).Ireo taratasy ireo dia manondro fa ny firafitry ny vondrom-piarahamonina plankton dia misy fiantraikany mafy amin'ny fiovan'ny ranomasina.Any amin'ny faritra toa ny Atlantika Avaratra, ny AEP dia mamakivaky faritany ara-batana.Ny mekanika mahatonga ireo fahasamihafana ireo dia mety ahitana dingana toy ny fitaterana vovoka, izay mety hitarika amin'ny programa sakafo hafa tanteraka na dia ao anatin'ny toe-javatra mitovy amin'izany aza.
Ny Minisiteran'ny Ekolojia sy ny AEP dia nanamarika fa ny fampiasana Chl irery dia tsy afaka hamantatra ireo singa ara-tontolo iainana, araka ny efa tsapan'ny vondrom-piarahamonina momba ny tontolo iainana an-dranomasina.Izany dia hita ao amin'ny AEPs manana biomass mitovy nefa tena samy hafa ny tontolo iainana (toy ny D sy E).Mifanohitra amin'izany kosa, ny AEPs toa an'i D sy K dia manana biomass tena samy hafa nefa mitovy ny firafitry ny tontolo iainana.Ny AEP dia manantitrantitra fa sarotra ny fifandraisana misy eo amin'ny biomass, ny firafitry ny tontolo iainana ary ny habetsahan'ny zooplankton.Ohatra, na dia misongadina aza ny AEP J amin'ny resaka phytoplankton sy biomass plankton, ny AEP's A sy L dia manana biomass plankton mitovy, fa ny A dia manana plankton avo kokoa.Ny AEP dia manantitrantitra fa ny biomass phytoplankton (na Chl) dia tsy azo ampiasaina haminavina ny biomass zooplankton.Zooplankton no fototry ny rojo sakafo hanjonoana, ary ny tombantombana marina kokoa dia mety hitarika amin'ny fitantanana loharano tsara kokoa.Ny zanabolana miloko an-dranomasina ho avy [ohatra, PACE (plankton, aerosol, rahona, ary tontolo iainana an-dranomasina)] dia mety ho tsara toerana kokoa hanampy amin'ny fanombanana ny firafitry ny phytoplankton.Ny fampiasana vinavina AEP dia mety hanamora ny fanombanana ny zooplankton avy any amin'ny habakabaka.Ny fomba toy ny SAGE, miaraka amin'ny teknolojia vaovao, sy ny angon-drakitra eny an-kianja bebe kokoa azo alaina amin'ny fanadihadiana momba ny marina (toy ny Tara sy ny fikarohana manaraka), dia afaka miara-mizotra mankany amin'ny fanaraha-maso ny fahasalaman'ny tontolo iainana mifototra amin'ny zanabolana.
Ny fomba SAGE dia manome fomba mety hanombanana ny rafitra sasany mifehy ny toetran'ny faritany, toy ny biomass/Chl, ny famokarana voalohany amin'ny net, ary ny firafitry ny vondrom-piarahamonina.Ohatra, ny habetsahan'ny diatoms dia apetraka amin'ny tsy fifandanjana eo amin'ny famatsiana Si, N, P, ary Fe mifandraika amin'ny fitakiana stoichiometric phytoplankton.Amin'ny tahan'ny famatsiana voalanjalanja, ny vondrom-piarahamonina dia manjaka amin'ny diatoms (L).Rehefa tsy voalanjalanja ny tahan'ny famatsiana (izany hoe ambany noho ny fitakiana otrikaina amin'ny diatoms ny famatsiana silisiôna), dia ampahany kely ihany no ampahany (K) ny diatoms.Rehefa mihoatra ny famatsiana N (ohatra, E sy H) ny famatsiana Fe sy P, dia hitombo mafy ny bakteria diazotrophique.Amin'ny alalan'ny teny manodidina nomen'ny AEP, ny fikarohana ny rafitra fanaraha-maso dia hanjary ilaina kokoa.
Ny Eco-Province sy ny AEP dia faritra manana rafi-piarahamonina mitovy.Ny andiam-potoana avy amin'ny toerana iray ao anatin'ny faritany ekolojika na AEP dia azo raisina ho toy ny teboka fanondro ary afaka maneho ny faritra voarakotry ny faritany ekolojika na AEP.Ny tobim-panaraha-maso maharitra eny an-toerana dia manome andiam-potoana toy izany.Hitohy handray anjara tsy tambo isaina ny fitambaran'ny angona in-situ maharitra.Avy amin'ny fomba fijerin'ny fanaraha-maso ny firafitry ny vondrom-piarahamonina, ny fomba SAGE dia azo jerena ho fomba iray hanampiana amin'ny famaritana ny toerana tena ilaina amin'ny tranokala vaovao.Ohatra, ny andiam-potoana avy amin'ny fanombanana ny toeram-ponenana oligotropika maharitra (ALOHA) dia ao amin'ny AEP B amin'ny faritra oligotropika (sary 5C, marika 2).Satria akaiky ny sisin-tanin'ny AEP iray hafa i ALOHA, dia mety tsy ho solontenan'ny faritra iray manontolo ny andiam-potoana, araka ny soso-kevitra teo aloha (33).Ao amin'io AEP B io ihany, ny andiam-potoana SEATS (Southeast Asian Time Series) dia hita any atsimoandrefan'i Taiwan (34), lavitra ny sisin-tanin'ny AEP hafa (sary 5C, marika 1), ary azo ampiasaina ho toerana tsara kokoa hanaraha-maso. AEPB.Ny andian-potoana BATS (Bermuda Atlantic Time Series Study) (sary 5C, marika 4) ao amin'ny AEPC dia tena akaiky ny sisin-tany eo amin'ny AEP C sy F, izay manondro fa ny fanaraha-maso ny AEP C amin'ny fampiasana andian-potoana BATS dia mety ho olana mivantana.Ny toby fiantsonana P ao amin'ny AEP J (sary 5C, marika 3) dia lavitra ny sisin-tanin'ny AEP, noho izany dia misolo tena kokoa.Ny Eco-Province sy ny AEP dia afaka manampy amin'ny fametrahana rafitra fanaraha-maso mifanaraka amin'ny fanombanana ny fiovana maneran-tany, satria ny fanomezan-dàlana avy amin'ny faritany hanombana ny toerana ahafahan'ny santionany eny an-toerana manome hevitra fototra.Ny fomba SAGE dia azo amboarina bebe kokoa mba hampiharina amin'ny angon-drakitra momba ny toetr'andro mba hanombanana ny fiovaovan'ny fitsitsiana fotoana.
Ny fahombiazan'ny fomba SAGE dia tratra amin'ny alàlan'ny fampiharana amim-pitandremana ny fomba siantifika data/ML sy fahalalana manokana momba ny sehatra.Amin'ny ankapobeny, ny t-SNE dia ampiasaina amin'ny fampihenana ny dimensionality, izay mitahiry ny firafitry ny covariance amin'ny angon-drakitra avo lenta ary manamora ny fijerena ny topology covariance.Ny angon-drakitra dia nalamina amin'ny endrika tsipika sy covariance (sary 2A), izay manondro fa ny fepetra mifototra amin'ny halavirana (toy ny K-means) dia tsy mety satria matetika izy ireo dia mampiasa fizarana fototra Gaussian (boribory) (voaresaka ao amin'ny Fanamarihana S2) .Ny fomba DBSCAN dia mety amin'ny topologie covariance.Raha mbola mandinika ny fametrahana masontsivana ianao, dia azo omena ny famantarana azo antoka.Ny vidin'ny kajy amin'ny algorithm t-SNE dia avo, izay mametra ny fampiharana azy amin'izao fotoana izao amin'ny angon-drakitra betsaka kokoa, izay midika fa sarotra ny mihatra amin'ny sehatra lalina na miovaova amin'ny fotoana.Eo am-pandrosoana ny asa momba ny fampitomboana ny t-SNE.Koa satria ny halaviran'ny KL dia mora ampitahaina, ny algorithm t-SNE dia manana mety tsara amin'ny fanitarana amin'ny ho avy (35).Hatreto, ny fomba fampihenana ny refy mampanantena hafa izay mety hampihena ny habeny dia ahitana ny teknika mitambatra manifold approximation sy projection (UMAP), saingy ilaina ny fanombanana amin'ny tontolon'ny angona ranomasina.Ny dikan'ny scalability tsara kokoa dia, ohatra, ny fanasokajiana ny toetr'andro na ny modely misy fahasarotana samihafa amin'ny sosona mifangaro.Ny faritra tsy voasokajy amin'ny SAGE any amin'ny faritany rehetra dia azo raisina ho toy ny teboka mainty sisa tavela amin'ny sary 2A.Amin'ny lafiny ara-jeografika, ireo faritra ireo dia any amin'ny faritra be vanim-potoana indrindra, izay milaza fa ny fisamborana faritany ara-tontolo iainana izay miova rehefa mandeha ny fotoana dia hanome fandrakofana tsara kokoa.
Mba hananganana ny fomba SAGE, dia nampiasaina ny hevitra avy amin'ny rafitra sarotra / siansa momba ny angona, amin'ny fampiasana ny fahaizana mamaritra ny vondron'olona miasa (ny mety ho akaiky dia akaiky amin'ny habaka 11) ary mamaritra faritany.Ireo faritany ireo dia mampiseho boky manokana ao amin'ny habaka 3D t-SNE misy antsika.Toy izany koa, ny ampahany Poincaré dia azo ampiasaina hanombanana ny "volume" amin'ny habakam-panjakana ipetrahan'ny lalana mba hamaritana ny fihetsika "ara-dalàna" na "korontana" (36).Ho an'ny famoahana maodely 11-dimensional statika dia azo hazavaina mitovy amin'izany koa ny habetsaky ny voatana taorian'ny namadihana ny angon-drakitra ho sehatra 3D.Ny fifandraisana misy eo amin'ny faritra ara-jeografika sy ny faritra ao amin'ny habaka 3D dia tsy tsotra, fa azo hazavaina amin'ny lafiny fitoviana ara-tontolo iainana.Noho izany antony izany, ny fandrefesana tsy fitoviana BC mahazatra kokoa no tiana.
Ny asa ho avy dia hampiasa indray ny fomba SAGE ho an'ny angon-drakitra miovaova ara-potoana mba hanombanana ny fiovaovan'ny habakabaka amin'ireo faritany voafaritra sy AEP.Ny tanjona amin'ny ho avy dia ny hampiasa an'io fomba io mba hamaritana hoe iza no faritany azo faritana amin'ny alalan'ny fandrefesana zanabolana (toy ny Chl-a, ny tara-pahazavana lavitra ary ny maripanan'ny ranomasina).Izany dia ahafahan'ny fanombanana fandrefesana lavitra ny singa ekolojika sy ny fanaraha-maso mora foana ny faritany ekolojika sy ny fiovaovany.
Ny tanjon'ity fikarohana ity dia ny fampahafantarana ny fomba SAGE, izay mamaritra faritany ekolojika amin'ny alàlan'ny firafitry ny vondrom-piarahamonina plankton tokana.Eto dia homena fampahalalana amin'ny antsipiriany bebe kokoa momba ny modely ara-batana/biogeochimie/ecosystem sy ny fifantenana ny mari-pamantarana ny algorithm t-SNE sy DBSCAN.
Ny singa ara-batana amin'ny maodely dia avy amin'ny fanombanana ny fikorianan'ny ranomasina sy ny toetr'andro [ECCOv4;(37) ny tombantomban'ny fanjakana maneran-tany nofaritan'ny (38).Ny fanapahan-kevitry ny fanjakana dia 1/5.Ny fomba efamira kely indrindra miaraka amin'ny fomba fampitomboana Lagrangian dia ampiasaina mba hahazoana ny fepetra voalohany sy sisintany ary ny mari-pamantarana modely anatiny ahitsy amin'ny fandinihana, ka miteraka modely tsingerina ankapobeny MIT mandeha maimaim-poana (MITgcm) (39), ny modely Aorian'ny fanatsarana, ny valiny dia afaka araho sy tandremana.
Ny biogeochemistry/ecosystem dia manana famaritana feno kokoa (izany hoe ny equations sy ny soatoavin'ny mari-pamantarana) ao amin'ny (2).Ny maodely dia misambotra ny fihodinan'ny C, N, P, Si ary Fe amin'ny alàlan'ny dobo tsy organika sy organika.Ny dikan-teny ampiasaina eto dia ahitana karazana phytoplankton 35: karazana microprokaryotes 2 ary karazana microeukaryotes 2 (mety amin'ny tontolo misy otrikaina ambany), karazana Cryptomonas sphaeroides 5 (miaraka amin'ny coating karbônina calcium), karazana diazonium 5 (Afaka manamboatra nitrogen, ka Tsy voafetra izany) ny fisian'ny azota inorganika levona), diatôma 11 (mamorona fonon'ny siliceous), flagellates mifangaro vegetative 10 (afaka manao photosynthèse sy mihinana plankton hafa) ary 16 Zooplankton (mihinana plankton hafa).Antsoina hoe "groupe functional biogeochemical" izy ireo satria samy hafa ny fiantraikany amin'ny biogeochemistry an-dranomasina (40, 41) ary matetika ampiasaina amin'ny fandinihana sy fandalinana modely.Amin'ity maodely ity, ny vondrona miasa tsirairay dia ahitana plankton maromaro samy hafa habe, miaraka amin'ny halavan'ny 0,6 hatramin'ny 2500 μm savaivony boribory mitovy.
Ny mari-pamantarana misy fiantraikany amin'ny fitomboan'ny fitoplankton, ny fiompiana ary ny filentika dia misy ifandraisany amin'ny habeny, ary misy fahasamihafana manokana eo amin'ireo vondrona miasa fitoplankton enina (32).Na dia eo aza ny rafitra ara-batana samihafa, ny vokatry ny singa plankton 51 ao amin'ny modely dia nampiasaina tamin'ny fanadihadiana vao haingana (42-44).
Nanomboka tamin'ny 1992 ka hatramin'ny 2011, naharitra 20 taona ny modelin'ny fiaraha-miasa ara-batana/biogeochemical/ecosystem.Ny vokatra azo avy amin'ny modely dia ahitana ny biomass plankton, ny fifantohana otrikaina ary ny tahan'ny famatsiana otrikaina (DIN, PO4, Si ary Fe).Amin'ity fanadihadiana ity, ny salan'isa 20 taona amin'ireo vokatra ireo dia nampiasaina ho fampidiran'ny Faritany ekolojika.Chl, ny fizarana ny biomass plankton sy ny fatran'ny otrikaina ary ny fizarana ny vondrona miasa dia ampitahaina amin'ny fijerena zanabolana sy in-situ [jereo (2, 44), Fanamarihana S1 sy sary.S1 hatramin'ny S3].
Ho an'ny fomba SAGE, ny loharanon'ny kisendrasendra dia avy amin'ny dingana t-SNE.Ny kisendrasendra dia manakana ny famerenana indray, izay midika fa tsy azo ianteherana ny valiny.Ny fomba SAGE dia mitsapa mafy ny tanjaka amin'ny alàlan'ny famaritana ny andian-t-SNE sy DBSCAN, izay afaka mamantatra tsy tapaka ny cluster rehefa miverimberina.Ny famaritana ny "fahasahiranana" amin'ny paramètre t-SNE dia azo takarina amin'ny famaritana ny halehiben'ny tokony hanajan'ny sarintany manomboka amin'ny refy avo ka hatramin'ny ambany ny toetran'ny angona eo an-toerana na maneran-tany.Nahatratra ny fisafotofotoana 400 sy 300 indray.
Ho an'ny algorithm clustering DBSCAN, ny habeny sy ny halaviran'ny teboka ambany indrindra amin'ny teboka ao amin'ny cluster dia mila faritana.Ny isa kely indrindra dia voafaritra eo ambany fitarihan'ny manam-pahaizana.Ity fahalalana ity dia mahafantatra izay mifanaraka amin'ny rafitra sy ny famahana ny modely amin'izao fotoana izao.Ny isa kely indrindra dia 100. Ny sanda ambany indrindra ambony kokoa (latsaky ny <135 alohan'ny hivelaran'ny fetra ambony amin'ny maitso) dia azo raisina, saingy tsy afaka manolo ny fomba fanangonana mifototra amin'ny tsy fitoviana BC.Ny haavon'ny fifandraisana (sary 6A) dia ampiasaina mba hametrahana ny mari-pamantarana ϵ, izay mety amin'ny fandrakofana ambony kokoa (sary 6B).Ny fampifandraisana dia faritana ho isan'ny kluster mitambatra ary saro-pady amin'ny mari-pamantarana ϵ.Ny fampifandraisana ambany kokoa dia midika fa tsy ampy ny fampifangaroana faritra miaraka amin'ny artifisialy.Ny fifandraisana ambony dia manondro ny overfitting.Olana koa ny overfitting, satria mampiseho fa ny vinavina kisendrasendra voalohany dia mety hiteraka vokatra tsy azo averina.Eo anelanelan'ireo fihoaram-pefy roa ireo, ny fiakarana mafy (matetika antsoina hoe "kiho") dia manondro ny ϵ tsara indrindra.Ao amin'ny sary 6A, hitanao ny fisondrotana tampoka eo amin'ny faritry ny lembalemba (mavo,> 200 clusters), arahin'ny fihenam-bidy be (maitso, 100 clusters), hatramin'ny 130 eo ho eo, voahodidin'ny cluster vitsivitsy (manga, <60 cluster) ).Ao amin'ny faritra manga 100 farafahakeliny, na cluster iray no mibahana ny ranomasina manontolo (ϵ <0,42), na tsy voasokajy ny ankamaroan'ny ranomasina ary heverina ho tabataba (ϵ> 0,99).Ny faritra mavo dia manana fizarazarana kluster miovaova be, tsy azo averina.Rehefa mihena ny ϵ dia mitombo ny tabataba.Ny faritra maitso mihamitombo dia antsoina hoe kiho.Io no faritra tsara indrindra.Na dia ampiasaina aza ny mety ho t-SNE, ny tsy fitovizan'ny BC ao anatin'ny faritany dia mbola azo ampiasaina hamaritana ny clustering azo itokisana.Ampiasao ny sary 6 (A sy B), apetraho amin'ny 0.39 ny ϵ.Ny lehibe kokoa ny isa kely indrindra, ny kely kokoa ny mety hahatongavana amin'ny ϵ izay mamela ny fanasokajiana azo antoka, ary ny lehibe kokoa ny faritra maitso manana sanda lehibe kokoa noho ny 135. Ny fanitarana ity faritra ity dia manondro fa ny kiho dia ho sarotra kokoa ny hahita na tsy- misy.
Aorian'ny fametrahana ny mari-pamantarana an'ny t-SNE, ny totalin'ny cluster hita dia ampiasaina ho fandrefesana ny fifandraisana (A) sy ny isan-jaton'ny angona natokana ho an'ny cluster (B).Ny teboka mena dia manondro ny fitambarana tsara indrindra amin'ny fandrakofana sy ny fifandraisana.Ny isa kely indrindra dia apetraka araka ny isa kely indrindra mifandraika amin'ny tontolo iainana.
Raha mila fitaovana fanampiny amin'ity lahatsoratra ity dia jereo ny http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Ity dia lahatsoratra fidirana misokatra nozaraina araka ny fepetran'ny Creative Commons Attribution License.Ny lahatsoratra dia mamela ny fampiasana tsy misy fetra, ny fizarana ary ny famokarana amin'ny fitaovana rehetra raha toa ka voatonona araka ny tokony ho izy ny asa voalohany.
Fanamarihana: Mangataka anao izahay hanome ny adiresy mailakao mba hahafantaran'ilay olona arosonao amin'ny pejy fa tianao ho hitan'izy ireo ilay mailaka ary tsy spam ilay izy.Tsy haka adiresy mailaka izahay.
Ity fanontaniana ity dia ampiasaina hitsapana raha mpitsidika ianao ary hisorohana ny fandefasana spam mandeha ho azy.
Tapa-kevitra hamaha olana saro-pady ny Minisiteran'ny Ekolojia An-dranomasina Maneran-tany ary mampiasa ML tsy misy fanaraha-maso hijerena ireo rafi-piarahamonina.
Tapa-kevitra hamaha olana saro-pady ny Minisiteran'ny Ekolojia An-dranomasina Maneran-tany ary mampiasa ML tsy misy fanaraha-maso hijerena ireo rafi-piarahamonina.
Fotoana fandefasana: Jan-12-2021