Hab barasho oo aan la ilaalin ayaa la soo jeediyay si loo go'aamiyo gobollada deegaanka badda ee caalamiga ah (gobolada deegaanka) iyadoo lagu salaynayo qaab dhismeedka beesha plankton iyo xogta qulqulka nafaqada.Habka isku-dhafan ee isku-dhafan ee deegaanka (SAGE) wuxuu aqoonsan karaa gobollada deegaanka ee moodooyinka hab-nololeed ee aan toos ahayn.Si loo waafajiyo wada jirka aan Gaussian ahayn ee xogta, SAGE waxay isticmaashaa deris random ku dhejinta (t-SNE) si loo yareeyo cabbirka.Iyada oo la kaashanayo codsiga buuqa ee ku salaysan cufnaanta ku salaysan ururinta boosaska (DBSCAN) algorithm, in ka badan boqol gobol oo deegaan ayaa la aqoonsan karaa.Isticmaalka khariidadda isku-xidhka ee kala duwanaanshaha deegaanka sida cabbir fogaan, gobolka isku-darka deegaanka ee adag (AEP) ayaa si ula-kac ah loo qeexay iyada oo loo marayo gobollada deegaanka ee buulsan.Isticmaalka AEP-yada, xakamaynta heerka saadka nafaqeynta ee qaab dhismeedka bulshada ayaa la sahamiyay.Eco-gobolka iyo AEP waa kuwo gaar ah waxayna caawin karaan tarjumaada tusaalaha.Waxay fududayn karaan isbarbardhigga moodooyinka waxayna kor u qaadi karaan fahamka iyo la socodka nidaamka deegaanka badda.
Gobolladu waa gobollo uu taariikh nololeedka murugsan ee badda ama berrigu ka kooban yahay loo habeeyey oo loo qaabeeyey goobo isku xidhan oo macno leh (1).Gobolladan ayaa aad muhiim ugu ah isbarbardhigga iyo isbarbardhigga goobaha, iyagoo tilmaamaya indha-indheynta, la socodka iyo ilaalinta.Isdhexgalka adag iyo kuwa aan tooska ahayn ee soo saara gobolladan ayaa ka dhigaya hababka barashada mashiinka (ML) ee aan la kormeerin oo aad ugu habboon in si dhab ah loo go'aamiyo gobollada, sababtoo ah isku-dhafka xogta waa mid adag oo aan ahayn Gaussian.Halkan, habka ML ayaa la soo jeediyay, kaas oo si nidaamsan u tilmaamaya gobollada deegaanka ee badda ee gaarka ah (gobolada deegaanka) ee ka yimid Darwin caalami ah oo saddex-cabbir ah (3D) qaabka jireed / deegaanka (2).Erayga "gaar ah" waxaa loo isticmaalaa in lagu muujiyo in aagga la aqoonsaday uusan si ku filan ula qabsan meelaha kale.Habkan waxaa loo yaqaan habka Isku-dhafka Deegaanka Ecological Province (SAGE).Si loo sameeyo kala-saar faa'iido leh, habka algorithm wuxuu u baahan yahay inuu oggolaado (i) kala soocidda caalamiga ah iyo (ii) falanqaynta cabbirka badan ee lagu dhejin karo/isku-darka booska iyo waqtiga (3).Cilmi-baaristan, habka SAGE ayaa markii ugu horreysay la soo jeediyay waxaana laga hadlay gobollada deegaanka ee la aqoonsaday.Gobollada deegaanka waxay kor u qaadi karaan fahamka arrimaha xakameynaya qaab-dhismeedka bulshada, waxay bixiyaan fikrado waxtar leh oo lagu kormeerayo istaraatiijiyadaha, iyo caawinta la socodka isbeddelada deegaanka.
Gobollada dhulalka waxaa sida caadiga ah loo kala saaraa iyadoo loo eegayo sida cimilada ( roobabka iyo heerkulka), ciidda, dhirta, iyo xayawaanka, waxaana loo isticmaalaa maaraynta kaalmaynta, cilmi-baarista noolaha, iyo xakamaynta cudurrada (1, 4).Gobollada badda ayaa aad u adag in la qeexo.Inta badan noolaha waa wax yar, oo leh xuduud dareere ah.Longhurst iyo al.(5) Waxay bixisay mid ka mid ah kala-soociddii ugu horreysay ee caalami ah ee Wasaaradda Cilmi-baarista Badweynta iyadoo lagu saleynayo xaaladaha deegaanka.Qeexitaannada gobolladan "Longhurst" waxaa ka mid ah doorsoomayaal sida heerka isku-dhafka, kala-soocidda, iyo ilbaxnimada, iyo sidoo kale waayo-aragnimada dheer ee Longhurst ee ah khabiirka badda, kaas oo leh shuruudo kale oo muhiim u ah nidaamka deegaanka badda.Longhurst si weyn baa loo isticmaalay, tusaale ahaan, si loo qiimeeyo wax soo saarka aasaasiga ah iyo qulqulka kaarboonka, kalluumaysiga gargaarka, iyo qorshaynta hawlaha goobaynta (5-9).Si loo qeexo gobollada si dhab ah, habab ay ka mid yihiin caqli-gal caqli-gal ah iyo koox-kooxeed/tirakoob aan la ilaalin gobolka ayaa la isticmaalay (9-14).Ujeedada hababkan oo kale waa in la aqoonsado qaab-dhismeedyo macno leh oo aqoonsan kara gobollada xogta indha-indhaynta ee jira.Tusaale ahaan, gobollada badda ee firfircoon (12) waxay isticmaalaan khariidado is-abaabulan si ay u yareeyaan buuqa, oo ay isticmaalaan kooxaynta (geedka ku salaysan) si ay u go'aamiyaan alaabada midabka badda ee laga helo satalaytka gobolka [chlorophyll a (Chl-a), dhererka laynka Fluorescence ee caadiga ah iyo maadada dabiiciga ah ee kala milmay midabka leh] iyo berrinka jireed (heerkulka oogada badda iyo milixda, muuqaal muuqaal firfircoon oo dhammaystiran iyo barafka badda).
Qaab dhismeedka bulshada ee plankton waa walaac sababtoo ah bay'ada ayaa saameyn weyn ku leh heerarka nafaqada sare, nuugista kaarboonka iyo cimilada.Si kastaba ha ahaatee, weli waa hadaf adag oo aan la hubin in la go'aamiyo gobol deegaan caalami ah oo ku salaysan qaab dhismeedka bulshada plankton.Dayax gacmeedyada midabka badda ayaa laga yaabaa inay bixiyaan fikrado ku saabsan kala-soocidda miro-dhal ah ee phytoplankton ama waxay soo jeedin karaan faa'iidooyinka kooxaha shaqeeya (15), laakiin hadda ma awoodaan inay bixiyaan macluumaad faahfaahsan oo ku saabsan qaabka bulshada.Sahanadii dhawaa [tusaale Badweynta Tara (16)] waxa ay bixinayaan qiyaaso aan hore loo arag oo qaabdhismeedka bulshada ah;Hadda, waxa jira indho-indhayn aan badnayn oo goobta dhexdeeda ah oo heer caalami ah (17).Daraasadihii hore waxay si weyn u go'aamiyeen "Gobolka Biogeochemical" (12, 14, 18) oo ku salaysan go'aaminta isku midka ah biochemical (sida wax soo saarka aasaasiga ah, Chl iyo iftiinka la heli karo).Halkan, qaabka nambarada waxaa loo isticmaalaa in lagu soo saaro [Darwin(2)], iyo gobolka deegaanka waxaa lagu go'aamiyaa iyadoo loo eegayo qaabka bulshada iyo qulqulka nafaqeynta.Qaabka nambarada ee daraasaddan lagu isticmaalay waxa ay leedahay caymis caalami ah waxaana la barbar dhigi karaa xogta goobta jirta (17) iyo meelaha fog ee dareenka (Xusuusin S1).Xogta moodeelka tirooyinka ee daraasaddan lagu isticmaalay waxay leedahay faa'iidada daboolida caalamiga ah.Qaabka deegaanka ee moodeelku waxa uu ka kooban yahay 35 nooc oo phytoplankton ah iyo 16 nooc oo zooplankton ah (fadlan tixraac agabka iyo hababka).Noocyada plankton-ka moodelku waxay si aan toos ahayn ula falgalaan qaab-dhismeedyada wada-noolaanshaha ee aan Gaussian ahayn, markaa hababka ogaanshaha fudud kuma habboona in lagu aqoonsado qaabab gaar ah oo joogto ah oo qaab-dhismeedka bulshada soo baxaya.Habka SAGE ee halkan lagu soo bandhigay wuxuu bixiyaa hab cusub oo lagu hubinayo wax soo saarka moodooyinka Darwin ee adag.
Awoodaha isbeddelka badan ee sayniska xogta / teknoolajiyada ML waxay awood u siin kartaa xalal aad u adag oo qaabaysan si ay u muujiyaan qaabab adag laakiin adag oo ku jira wada jirka xogta.Habka adag waxaa lagu qeexaa inuu yahay hab si daacad ah u soo saari kara natiijooyinka gudaha xad khalad ah.Xataa nidaamyada fudud, go'aaminta qaababka adag iyo calaamadaha waxay noqon karaan caqabad.Ilaa la go'aamiyo sababta keentay qaabka la arkay, kakanaanta soo ifbaxa waxay u ekaan kartaa mid adag/ adag in la xalliyo.Habka ugu muhiimsan ee dejinta halabuurka nidaamka deegaanka waa mid aan toos ahayn dabeecadda.Jiritaanka isdhexgalka aan tooska ahayn wuxuu jahawareerin karaa kala soocida adag, sidaas darteed waa lagama maarmaan in laga fogaado hababka samaynta fikrado adag oo ku saabsan qaybinta asaasiga ah ee tirakoobka xogta xogta.Xogta cabbirkeedu sarreeyo iyo kuwa aan toos ahayn waxay ku badan yihiin sawir-qaadista badda waxaana laga yaabaa inay lahaadaan qaab-dhismeed isku-dhafan oo kakan oo aan ahayn Gaussian topology.In kasta oo xogta leh qaab-dhismeedka wada-jirka ee aan Gaussian ahayn ay caqabad ku noqon karto kala-soocidda adag, habka SAGE waa mid cusub sababtoo ah waxaa loo qaabeeyey in lagu aqoonsado kooxo leh muuqaallo aan loo meel dayin.
Hadafka habka SAGE waa in si dhab ah loo aqoonsado qaababka soo baxaya ee caawin kara fahamka deegaanka.Iyadoo la raacayo qulqulka shaqada ee ku salaysan kutlada ee la mid ah (19), doorsoomayaasha qulqulka deegaanka iyo nafaqeynta ayaa loo isticmaalaa si loo go'aamiyo kooxda kaliya ee xogta, oo loo yaqaan gobolka deegaanka.Habka SAGE ee lagu soo jeediyay daraasaddan (Jaantuska 1) ayaa marka hore hoos u dhigaya cabbirka 55 ilaa 11 cabbirka iyadoo la soo koobayo kooxaha hawl-qabadka ee plankton ee lagu qeexay mudnaanta (eeg Qalabka iyo Hababka).Isticmaalka habka t-SNE ee deris- random, cabbirka ayaa lagu sii yareynayaa iyadoo la saadaalinayo itimaalka booska 3D.Kutlada aan la kormeerin waxay tilmaami kartaa meelaha u dhow deegaan ahaan [koox ku salaysan cufnaanta boosaska (DBSCAN) ee codsiyada ku salaysan qaylada].t-SNE iyo DBSCAN labaduba waxay khuseeyaan xogta moodeelka qaab nololeedka ee aan toosnayn.Kadibna ku celi gobolka deegaanka ee ka dhashay dhulka.In ka badan boqol gobol oo u gaar ah deegaanka ayaa la aqoonsaday, oo ku habboon cilmi-baarista gobolka.Si loo tixgeliyo qaabka nidaamka deegaanka ee joogtada ah ee caalamiga ah, habka SAGE waxaa loo isticmaalaa in la isku geeyo gobollada deegaanka oo la isku daro gobollada deegaanka (AEP) si loo hagaajiyo waxtarka gobollada deegaanka.Heerka isku-darka (oo loo yaqaan "kakanaanta") ayaa lagu hagaajin karaa heerka faahfaahinta loo baahan yahay.Go'aami kakanaanta ugu yar ee AEP adag.Diiradda xulashada waa habka SAGE iyo sahaminta ugu yar ee kakanaanta kiisaska AEP si loo go'aamiyo xakamaynta qaab dhismeedka bulshada degdega ah.Nidaamyada ayaa markaa la falanqeyn karaa si loo bixiyo aragtiyo deegaan.Habka halkan lagu soo bandhigay ayaa sidoo kale loo isticmaali karaa isbarbardhigga moodeelka si aad u ballaaran, tusaale ahaan, iyada oo la qiimeeyo goobaha gobollada deegaanka ee isku midka ah ee laga helo noocyo kala duwan si loo muujiyo kala duwanaanshaha iyo isku midka ah, si loo barbardhigo moodooyinka.
(A) Jaantuska jaantuska socodka shaqada ee go'aaminta gobolka deegaanka;iyadoo la isticmaalayo wadarta kooxda shaqaynaysa si loo dhimo xogta asalka ah ee 55-cabbirka ilaa wax soo saarka moodeel 11-cabbir ah, oo ay ku jiraan bayoolajka toddobada plankton functional/nafaqada iyo afar heerka sahayda nafaqada.Qiimaha dayacan iyo aagga daboolka barafka waara.Xogta waa la habeeyey oo la habeeyey.Sii xogta 11-cabbirka t-SNE algorithmaadka si loo muujiyo isugeynta sifada la midka ah ee tirakoobka.DBSCAN waxay si taxadar leh u dooran doontaa kutlada si ay u dejiso qiimaha cabbirka.Ugu dambeyntii xogta dib ugu soo celi loolka/loongitude saadaasha.Fadlan ogow in habkan lagu soo noqnoqday 10 jeer sababtoo ah wax yar ayaa laga yaabaa in la abuuro iyadoo la adeegsanayo t-SNE.(B) wuxuu sharxayaa sida loo helo AEP isagoo ku celcelinaya socodka shaqada (A) 10 jeer.Mid kasta oo ka mid ah 10-kan hirgelin, shax-la'aanta Bray-Curtis (BC) ee ka dhexeeya gobolka ayaa la go'aamiyay iyadoo lagu salaynayo bayoolajiga 51 noocyada phytoplankton.Go'aami farqiga BC ee u dhexeeya gobollada, laga bilaabo kakanaanta 1 AEP ilaa kakanaanta buuxda 115. Barta BC waxaa dejiyay Gobolka Longhurst.
Habka SAGE wuxuu isticmaalaa wax-soo-saarka 3D-ga caalamiga ah ee qaabka nambarada jirka / deegaanka si loo qeexo gobolka deegaanka [Darwin (2);eeg Qalabka iyo Hababka iyo Xusuusin S1].Qaybaha hab-nololeedku waxay ka kooban yihiin 35 nooc oo phytoplankton ah iyo 16 nooc oo zooplankton ah, oo leh toddobo kooxood oo horay loo sii qeexay: prokaryotes iyo eukaryotes oo ku habboon deegaan nafaqo-yar, coccidia oo leh daboolka kaalshiyamka carbonate, iyo hagaajinta nitrogen culus ee nafaqooyinka Nitrojiin (sida caadiga ah maqan). nafaqooyinka muhiimka ah), oo leh dabool siliceous ah, waxay samayn karaan photosynthesis kale ee plankton iyo caleenta nafaqeeyayaalka isku dhafan iyo xoolo dhaqatada zooplankton.Baaxadda cabbirku waa 0.6 ilaa 2500μm dhexroor wareeg ah oo u dhiganta.Qaabka loo qaybiyo cabbirka phytoplankton iyo kooxaynta shaqaynaysa waxa ay qabataa sifooyinka guud ee lagu arkay satalaytka iyo indha-indhaynta goobta (eeg jaantusyada S1 ilaa S3).Isku ekaanshaha u dhexeeya qaabka nambarada iyo badweynta la arkay ayaa muujinaysa in gobolada lagu qeexay qaabka laga yaabo in lagu dabaqi karo badweynta goobta dhexdeeda.Fadlan ogow in qaabkani uu qabanayo oo kaliya kala duwanaanshiyaha phytoplankton, iyo kaliya qaar ka mid ah xoogaga kimikada ee kala duwan ee badweynta goobta.Habka SAGE wuxuu awood u siin karaa dadka inay si fiican u fahmaan habka xakamaynta heer gobol ee qaabka beesha.
Marka lagu daro oo kaliya wadarta noole noolaha oogada (oo leh celcelis ahaan 20 sano) koox kasta oo shaqaynaysa plankton, cabbirka xogta waa la yarayn karaa.Ka dib markii daraasado hore ay muujiyeen doorkooda muhiimka ah ee dejinta qaab-dhismeedka bulshada, waxa kale oo ay ku jirtay ereyada isha dusha sare ee qulqulka nafaqeynta ( sahayda nitrogen, birta, phosphate iyo silicic acid) [tusaale (20, 21)].Isku soo wada duuboo kooxaha shaqaynaya waxay dhibka ka yareeyaan 55 (51 plankton iyo 4 nafaqeeyayaal) ilaa 11 cabbir.Daraasaddan bilawga ah, sababtoo ah caqabadaha xisaabinta ee ay soo rogtay algorithm, qoto dheer iyo kala duwanaanshaha wakhtiga lama tixgelin.
Habka SAGE wuxuu awood u leeyahay inuu aqoonsado cilaaqaadka muhiimka ah ee ka dhexeeya hababka aan tooska ahayn iyo sifooyinka muhiimka ah ee isdhexgalka ka dhexeeya koox-biomass iyo qulqulka nafaqada.Isticmaalka xogta 11-cabbirka ah ee ku salaysan hababka barashada fogaanta Euclidean (sida K-means) ma heli karto gobolo la isku halayn karo oo la taran karo (19, 22).Tani waa sababta oo ah ma jiro qaab Gaussian ah oo laga helayo qaybinta aasaasiga ah ee isku-dhafka walxaha muhiimka ah ee qeexaya gobolka deegaanka.K-macnaha unugyada Voronoi (khadadka toosan) ma sii hayn karaan qaybinta aasaasiga ah ee aan Gaussian ahayn.
Bayomass-ka todobada kooxood ee shaqaynaya ee plankton iyo afar nafaqeeyayaal ayaa sameeya 11-cabbir vector x.Sidaa darteed, x waa goob vector ah oo ku taal shabagga moodeelka, halkaas oo curiye kasta xi uu ka dhigan yahay 11-cabbir vector oo lagu qeexay jaantuska siman.Tusme kastaa wuxuu si gaar ah u tilmaamayaa barta shabagga ah ee meertada, halka (lon, lat) = (ϕi, θi).Haddii bayoomass-ka unugga shabaqlaha moodelku uu ka yar yahay 1.2×10-3mg Chl/m3 ama heerka daboolka barafka uu dhaafo 70%, diiwaanka xogta noole ayaa la isticmaalaa oo la tuuraa.Xogtu waa la habeeyey oo waa la habeeyey, markaa dhammaan xogta waxay ku dhex jirtaa inta u dhaxaysa [0 ilaa 1], celceliska waa la saaray oo waxaa lagu qiyaasaa kala duwanaanshiyaha cutubka.Tan waxa loo sameeyaa si astaamuhu (biomass iyo qulqulka nafaqaynta) aanay ku xaddidnayn kala duwanaanshaha qiimaha suurtogalka ah.Kooxdu waa inay ka qabataa xidhiidhka isbeddelka masaafada ixtimaalka muhiimka ah ee u dhexeeya sifooyinka halkii ay ka ahaan lahayd fogaanta juqraafiga.Marka la qiyaaso masaafooyinkan, sifooyinka muhiimka ah ayaa soo baxaya, halka faahfaahinta aan loo baahnayn la tuuray.Marka laga eego aragtida deegaanka, tani waa lagama maarmaan sababtoo ah noocyada qaar ka mid ah phytoplankton oo leh bioomass yar ayaa laga yaabaa inay yeeshaan saameyno kiimiko ah oo weyn, sida hagaajinta nitrogen ee bakteeriyada diazotrophic.Marka la jaangooyo oo la caadiyeeyo xogta, noocyadan kala-duwanaanshaha ayaa la iftiimin doonaa.
Iyada oo xoogga la saarayo u dhawaanshaha sifooyinka meel bannaan oo cabbir sare ah oo matalaad hoose ah, algorithmaadka t-SNE waxaa loo isticmaalaa si loo caddeeyo gobollada la midka ah ee jira.Shaqadii hore ee loogu talagalay in lagu dhiso shabakadaha neerfaha qoto dheer ee codsiyada dareenka fog ee loo isticmaalo t-SNE, taas oo caddaynaysa xirfadeeda kala soocida sifooyinka muhiimka ah (23).Tani waa tillaabo lagama maarmaan ah si loo aqoonsado kooxaynta adag ee xogta sifada iyadoo laga fogaanayo xalalka aan isku xidhnayn (xusuus S2).Isticmaalka kernels Gaussian, t-SNE waxay ilaalinaysaa sifooyinka tirakoobka ee xogta iyada oo ku sawiraysa shay kasta oo cabbir sare leh meel ka mid ah booska wejiga 3D, taas oo hubinaysa in suurtogalnimada walxaha la midka ah ee jihooyinka sare iyo kuwa hoose ay ku sarreeyaan heer sare - meel cabbir ah (24).Marka la eego qaybo N walxood oo cabbir sare leh x1,…,xN, algorithmism t-SNE waxa ay yaraynaysaa kala duwanaanshaha Kullback-Leibler (KL) (25).Kala duwanaanshiyaha KL waa cabbirka sida qaybinta itimaalka ay uga duwan tahay qaybinta ixtimaalka tixraaca labaad, waxayna si wax ku ool ah u qiimeyn kartaa suurtagalnimada isku xirnaanta ka dhexeeya matalayaasha cabbirka hoose ee astaamaha cabbirka sare.Haddii xi uu yahay shayga i-th ee ku jira N-dimensional space, xj waa shayga j-th ee booska N-cabbirka, yi waa shayga i-th ee meel hoose, iyo yj waa shayga j-th ee hoose. -dimensional space, ka dib t -SNE waxay qeexaysaa ixtimaalka isku midka ah ppj∣i = exp(-∥xi-xj∥2/2σi2)∑k≠iexp(-∥xi-xk∥2/2σi2), iyo dejinta cabbirka dhimista q∣j = (1+ ∥ yi-yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Jaantuska 2A waxa uu muujinayaa saamaynta dhimista noole-biomass-ka iyo qulqulka qulqulka nafaqeynta ee isku darka 11-cabbirka ilaa 3D.Dhiirigelinta codsashada t-SNE waxaa lala barbar dhigi karaa dhiirigelinta falanqaynta qaybta ugu muhiimsan (PCA), taas oo adeegsata sifada kala duwanaanshiyaha si ay u xoojiso aagga/sifada xogta, oo hoos u dhigta cabbirka.Habka t-SNE waxaa la ogaaday in uu ka sareeyo PCA-ga si loo bixiyo natiijooyin la isku halayn karo oo la soo saari karo ee Wasaaradda Deegaanka (eeg Note S2).Tani waxay noqon kartaa sababtoo ah malaha orthogonality ee PCA kuma habboona in la aqoonsado isdhexgalka muhiimka ah ee u dhexeeya sifooyinka isdhexgalka aan tooska ahayn, sababtoo ah PCA waxay diiradda saartaa qaababka wada noolaanshaha toosan (26).Isticmaalka xogta fogaanta, Lunga et al.(27) waxay tusinaysaa sida loo isticmaalo habka SNE si loo muujiyo muuqaalada kakan iyo kuwa aan tooska ahayn ee ka leexanaya qaybinta Gaussian.
(A) Heerarka saadka nafaqeynta ee qaabaysan, phytoplankton iyo kooxda noolaha ee zooplankton oo uu sawiray algorithmamka t-SNE oo uu midabeeyay gobolka iyadoo la isticmaalayo DBSCAN.Dhibic kastaa waxay ka dhigan tahay dhibic ka mid ah booska cabbirka sare, sida ku cad sawirka 6B, inta badan dhibcaha waa la qabtay.Shafts waxay tixraacaan "t-SNE" cabbirrada 1, 2 iyo 3. (B) Saadaasha juqraafiyeed ee gobolka ee ay heshay DBSCAN oo ku taal shabagga loolka-longitude ee asalka.Midabka waa in loo tixgeliyaa inuu yahay midab kasta, laakiin waa inuu u dhigmaa (A).
Dhibcaha ku jira goobta kala firdhisan t-SNE ee Jaantuska 2A siday u kala horreeyaan waxay la xiriiraan loolka iyo dhererka.Haddii labada dhibcood ee Jaantuska 2A ay isu dhow yihiin, waa sababta oo ah bayomass-kooda iyo qulqulkooda nafaqadu waa isku mid, ma aha isu-dhowaanshaha juqraafiga.Midabada Jaantuska 2A waa kooxo la helay iyadoo la isticmaalayo habka DBSCAN (28).Markaad raadinayso indho-indhayn cufan, algorithm DBSCAN waxay isticmaashaa fogaanta matalaadda 3D ee u dhexeeya dhibcaha (ϵ = 0.39; macluumaadka ku saabsan doorashadan, eeg Qalabka iyo Hababka), iyo tirada dhibcaha la midka ah ayaa loo baahan yahay si loo qeexo kutlada (halkan 100 dhibcood, fadlan eeg kor).Habka DBSCAN ma sameeyo wax malo ah oo ku saabsan qaabka ama tirada kooxda ee xogta, sida hoos ku cad:
3) Dhammaan dhibcooyinka loo aqoonsaday in ay masaafo ahaan u jiraan, ku celi tillaabada 2 si isdaba joog ah si loo go'aamiyo xadka kutlada.Haddii tirada dhibcaha ay ka weyn tahay qiimaha ugu yar ee la dejiyay, waxaa loo qoondeeyay koox ahaan.
Xogta aan buuxin xubinta ugu yar ee kutlada iyo masaafada ϵ metric waxaa loo tixgaliyaa "qeylada" lamana qoondeeyo midab.DBSCAN waa algorithm degdeg ah oo la miisaami karo oo leh waxqabadka O(n2) kiiskii ugu xumaa.Falanqaynta hadda jirta, run ahaantii maaha random.Tirada ugu yar ee dhibcaha waxaa lagu go'aamiyaa qiimeynta khabiirka.Ka dib marka la hagaajiyo masaafada ka dib, natiijadu ma aha mid deggan oo ku filan inta u dhaxaysa ≈ ± 10.Fogaantan waxa loo dejiyay iyadoo la isticmaalayo isku xidhka (Jaantuska 6A) iyo boqolkiiba daboolida badda (Jaantuska 6B).Isku xirnaanta waxaa lagu qeexaa inay tahay tirada isku dhafan ee kooxaha waxayna xasaasi u tahay cabbirka ϵ.Isku xirnaanta hoose waxay muujineysaa ku filnaansho la'aan, oo si macmal ah isu geysay gobollada.Isku xirnaanta sare waxay muujineysaa kufilan.Waa la qiyaasi karaa in la isticmaalo ugu yaraan sare, laakiin haddii ugu yar uu dhaafo ca, suurtagal maaha in la gaaro xal la isku halleyn karo.135 (Wixii faahfaahin dheeraad ah, eeg Qalabka iyo Hababka).
115 kooxood oo lagu tilmaamay Jaantuska 2A waxa lagu saadaaliyay inay dib ugu soo laabanayaan dhulka Jaantuska 2B.Midab kastaa wuxuu u dhigmaa isku-darka isku dhafan ee biochemical iyo arrimaha deegaanka ee ay aqoonsatay DBSCAN.Marka kooxaha la go'aamiyo, isku xirka dhibco kasta ee Jaantuska 2A oo leh lool gaar ah iyo longitude ayaa loo isticmaalaa in lagu soo bandhigo kooxaha dib ugu noqoshada aagga juqraafiga.Jaantuska 2B waxa uu tan ku tusayaa isla midabo kooxeedka sida sawirka 2A.Midabada la midka ah waa in aan loo fasirin isku mid ahaanshaha deegaanka, sababtoo ah waxaa loo qoondeeyey sida ay kooxuhu u heleen algorithm.
Meesha ku taal Jaantuska 2B waxay si tayo ahaan la mid noqon kartaa aag la aasaasay oo ku yaala jidhka iyo/ama biochemistry ee badda.Tusaale ahaan, kooxaha ku yaal Badweynta Koonfureed waa aag-symmetrical, oo leh wareegyo oligotrophic ah oo soo muuqda, kala-guurka fiiqan wuxuu muujinayaa saameynta dabaylaha ganacsiga.Tusaale ahaan, equatorial Pacific, gobollo kala duwan oo la xidhiidha kor u kaca ayaa lagu arkay.
Si loo fahmo bay'ada deegaanka ee Gobolka Eco, kala duwanaanshiyaha Bray-Curtis (BC) ee tusaha farqiga (29) ayaa la isticmaalay si loo qiimeeyo bay'ada kutlada.Tilmaamaha BC waa xog xisaabeed oo loo isticmaalo in lagu qiyaaso faraqa u dhexeeya qaab-dhismeedka bulshada ee u dhexeeya laba goobood oo kala duwan.Cabbirka BC waxa lagu dabaqi karaa bayolojiga 51 nooc ee phytoplankton iyo zooplankton BCninj = 1-2CninjSni + Snj
BCninj waxaa loola jeedaa isku ekaanshaha udhaxeeya isku dhafka ni iyo isku dhafka nj, halkaas oo Cninj uu yahay qiimaha ugu yar ee hal nooc oo noole ah oo ka jira labada isku-dar ee ni iyo nj, iyo Sni waxay u taagan tahay wadarta dhammaan nooleyaasha ka jira labada isku-dar ee ni iyo Snj.Farqiga BC wuxuu la mid yahay cabbirka fogaanta, laakiin wuxuu ka shaqeeyaa meel bannaan oo aan Euclidean ahayn, taas oo ay u badan tahay inay ku habboon tahay xogta deegaanka iyo fasiraaddeeda.
Koox kasta oo lagu caddeeyey Jaantuska 2B, isku ekaanshaha gobolka-dhexe iyo kan ka dhexeeya gobollada BC waa la qiimayn karaa.Farqiga BC ee gobolka dhexdiisa waxa uu tilmaamayaa faraqa u dhexeeya celceliska qiimaha gobolka iyo dhibic kasta oo gobolka ah.Farqiga u dhexeeya gobollada BC waxaa loola jeedaa isku ekaanshaha hal gobol iyo gobollada kale.Jaantuska 3A waxa uu muujinayaa jaangooyo summadeedka BC (0, madow: gebi ahaanba u dhigma; 1, caddaan: gebi ahaanba ka duwan).Xariiq kasta oo garaafku wuxuu muujinayaa qaab xogta.Jaantuska 3B waxa uu muujinayaa muhiimada juqraafiyeed ee natiijooyinka BC ee Jaantuska 3A ee gobol kasta.Gobol ku yaal dhul nafaqo yar iyo nafaqo yar, Jaantuska 3B wuxuu muujinayaa in jaangooyada meelaha waaweyn ee ku wareegsan dhulbaraha iyo badweynta Hindiya ay asal ahaan isku mid yihiin, laakiin loolka sare iyo meelaha kor u kaca ay aad u kala duwan yihiin.
(A) Darajada kala duwanaanshaha BC ee lagu qiimeeyay gobol kasta iyadoo lagu salaynayo celceliska guud ee 20-sano ee caalamiga ah ee 51 plankton.U fiirso summaynta la filayo ee qiimayaasha.(B) Saadaasha meeraha tiir (ama saf).Gobol ku jira goobada dystrophic, qaybinta caalamiga ah ee cabbirka isku ekaanshaha BC ayaa la qiimeeyay, iyo celceliska 20-sano ee caalamiga ah ayaa la qiimeeyay.Madow (BC = 0) macneheedu waa isku meel, iyo caddaan (BC = 1) macnaheedu waa wax la mid ah.
Jaantuska 4A waxa uu muujinayaa kala duwanaanshaha BC ee gobol kasta marka la eego Jaantuska 2B.Waxaa lagu go'aamiyay iyadoo la adeegsanayo isku dhafka celceliska celceliska aagga kooxda, iyo go'aaminta kala duwanaanshaha u dhexeeya BC iyo celceliska dhibic kasta oo gobolka ah, waxay muujineysaa in habka SAGE uu si fiican u kala saari karo noocyada 51 ee ku saleysan isku midka ahaanshaha deegaanka Nooca xogta model.Isku celceliska kooxda BC kala duwanaanshiyaha dhammaan noocyada 51 waa 0.102± 0.0049.
(A, B, iyo D) Farqiga BC ee gobolka waxaa lagu qiimeeyaa celceliska faraqa BC ee u dhexeeya bulsho kasta oo dhibco ah iyo celceliska gobolka, kakanaantana lama yarayn.(2) Isku celceliska caalamiga ah ee ka dhexeeya gobolka-dhexe ee BC waa 0.227± 0.117.Tani waa bartilmaameedka soocidda dhiirigelinta ku salaysan deegaanka ee ay soo jeedisay shaqadan [khadka cagaaran ee (C)].(C) Celceliska faraqa BC ee gobolka-dhexe: Xariiqda madow waxay ka dhigan tahay faraqa u dhexeeya gobolka-dhexe ee BC oo leh kakanaanta sii kordhaysa.2σ waxay ka timaadaa 10 ku celcelin ee habka aqoonsiga gobolka deegaanka.Marka la eego kakanaanta guud ee gobollada ay heshay DBSCAN, (A) waxay muujineysaa in kala duwanaanshaha BC ee gobolka uu yahay 0.099, iyo kala soocida kakanaanta ay soo jeedisay (C) waa 12, taasoo keentay kala duwanaanshaha BC ee 0.200 ee gobolka.sida sawirka ka muuqata.(D).
Jaantuska 4B, bayoolajiga 51 nooc oo plankton ah ayaa loo istcmaalay in lagu matalo faraqa u dhigma ee BC ee gobolka Longhurst.Celceliska guud ee gobol kastaa waa 0.227, iyo weecanaanta caadiga ah ee dhibcaha xariiqda iyadoo la tixraacayo faraqa u dhexeeya gobolka BC waa 0.046.Tani way ka weyn tahay kooxda lagu tilmaamay Jaantuska 1B.Taa beddelkeeda, iyadoo la adeegsanayo wadarta toddobada kooxood ee shaqeeya, celceliska kala duwanaanshiyaha BC ee xilli-xilliyeedka Longhurst wuxuu kordhay ilaa 0.232.
Khariidadda deegaanka ee caalamiga ah ayaa bixisa tafaasiil qalafsan oo ku saabsan isdhexgalka deegaanka ee gaarka ah iyo hagaajinta lagu sameeyay isticmaalka dhammaan qaab dhismeedka deegaanka ee Gobolka Longhurst.Wasaaradda Cilmi-nafsiga waxaa laga filayaa inay bixiso aragti ku saabsan habka lagu xakameynayo nidaamka deegaanka ee moodeelka tirooyinka, aragtidani waxay caawin doontaa sahaminta shaqada goobta.Ujeedada cilmi-baaristan, suurtagal maaha in si buuxda loo muujiyo in ka badan boqol gobol.Qaybta xigta waxay soo bandhigaysaa habka SAGE ee soo koobaya gobollada.
Mid ka mid ah ujeedooyinka gobolka waa in kor loo qaado fahamka goobta iyo maamulka gobolka.Si loo go'aamiyo xaaladaha deg-degga ah, habka ku yaal Jaantuska 1B wuxuu muujinayaa buul-beelka gobollada deegaanka la midka ah.Gobolada deegaanku waa la isku kooxeeyay iyadoo lagu salaynayo isu ekolojiyada deegaanka, kooxaynta gobolada waxaa loo yaqaan AEP.Deji "kakanaanta" la hagaajin karo iyadoo lagu salaynayo tirada guud ee gobollada la tixgelinayo.Erayga "kakanaanta" waxaa loo isticmaalaa sababtoo ah waxay u ogolaataa heerka sifooyinka degdega ah in la hagaajiyo.Si loo qeexo isku-darka macnaha leh, celceliska faraqa BC ee gobolka-dhexe ee 0.227 ee Longhurst ayaa loo istcimaalayaa halbeeg ahaan.Hoosta hoose ee cabbirkan, gobollada la isku daray looma tixgalinayo inay waxtar leeyihiin.
Sida ku cad Jaantuska 3B, gobolada deegaanka ee aduunku waa isku xidhan yihiin.Isticmaalka kala duwanaanshaha BC ee ka dhexeeya gobollada, waxaa la arki karaa in qaabeynta qaar ay yihiin kuwo "caado" ah.Iyaga oo dhiirigeliyay hiddaha iyo hababka aragtida garaafyada, "garaafyada ku xiran" ayaa loo isticmaalaa in lagu kala saaro> 100 gobol oo ku salaysan gobollada ayaga la mid ah.Halbeegga "isku xirnaanta" halkan waxaa lagu go'aamiyaa iyadoo la isticmaalayo kala duwanaanshiyaha BC ee gobolka (30).Tirada gobolada leh meel ka weyn oo loogu talagalay kala soocida> 100 gobol ayaa halkan lagu tilmaami karaa kakan.AEP waa badeecad u kala saarta in ka badan 100 gobol inay yihiin kuwa ugu awooda badan/gobollada deegaanka ugu dhow.Gobol kasta oo deegaan ahaan waxa loo qoondeeyay gobolka deegaanka ugu awooda badan/si aad ah ugu xidhan ee iyaga la mid ah.Isku geyntan oo lagu go'aamiyay faraqa BC waxay u oggolaanaysaa hab ku habboon bay'ada caalamiga ah.
Kakanaanta la doortay waxay noqon kartaa qiimo kasta laga bilaabo 1 ilaa kakanaanta dhamaystiran ee FIG.2A.Kakanaanta hoose, AEP waxa laga yaabaa inay xumaato sababtoo ah tallaabada dhimista cabbirka macquulka ah (t-SNE).Hoosudhac (Degeneracy) macneheedu waxa weeye in gobolada deegaanka loo qoondayn karo AEP-yo kala duwan inta u dhaxaysa soo noqnoqoshada, taas oo beddeleysa aagga juqraafi ee la daboolay.Jaantuska 4C waxa uu muujinayaa fidinta kala duwanaanshiyaha BC ee gobolada gudaha AEPs ee sii kordhaya kakanaanta 10ka fulinta (sawirka Jaantuska 1B).Jaantuska 4C, 2σ (aagga buluuga ah) waa cabirka hoos u dhaca 10ka dhaqan gelinta, iyo xariiqda cagaaran waxay u taagan tahay bartilmaameedka Longhurst.Xaqiiqooyinku waxay caddeeyeen in kakanaanta 12 ay ilaalin karto farqiga BC ee gobolka ka hooseeya bartilmaameedka Longhurst dhammaan fulinta oo ay sii wado hoos u dhac yar oo 2σ ah.Marka la soo koobo, kakanaanta ugu yar ee lagu taliyey waa 12 AEPs, iyo celceliska farqiga u dhexeeya gobolka BC ee lagu qiimeeyay iyadoo la isticmaalayo 51 noocyada plankton waa 0.198±0.013, sida ku cad Jaantuska 4D.Isticmaalka wadarta todobada kooxood ee hawlwadeennada plankton, celceliska farqiga BC ee gobolka dhexdiisa waa 2σ halkii uu ka ahaan lahaa 0.198±0.004.Isbarbardhigga u dhexeeya kala duwanaanshaha BC ee lagu xisaabiyay wadarta noole ee toddobada kooxood ee shaqeynaya ama bayoolajiga dhammaan noocyada 51 plankton ayaa muujinaya in inkasta oo habka SAGE lagu dabaqi karo xaaladda 51-cabbir, waxay u tahay wadarta noole ee toddobada kooxood ee shaqeeya. Tababarka.
Iyadoo ku xiran ujeedada cilmi baaris kasta, heerarka kala duwan ee kakanaanta ayaa la tixgelin karaa.Daraasadaha gobolku waxay u baahan karaan kakanaanta buuxda (ie, dhammaan 115 gobol).Tusaale ahaan iyo caddayn ahaan, tixgeli kakanaanta ugu yar ee lagu taliyey ee 12.
Tusaale ahaan isticmaalka habka SAGE, 12 AEP oo leh kakanaanta ugu yar ee 12 ayaa halkan loo isticmaalaa si loo sahamiyo xakamaynta qaab dhismeedka bulshada degdega ah.Jaantuska 5 waxa uu muujinayaa aragtiyaha deegaanka ee ay u soo ururisay AEP (laga bilaabo A ilaa L): Redfield stoichiometry, xadka juqraafiyeed (Jaantuska 5C), Halabuurka noole ee kooxda shaqaynaysa (Jaantuska 5A) iyo nafaqaynta (Jaantuska 5B) waxa sameeya N Zoomed.Saamiga (N: Si:P: Fe, 1:1:16:16×103) ayaa la muujiyay.Guddiga dambe, P waxaa lagu dhuftey 16 iyo Fe oo lagu dhuftey 16×103, markaa garaafka barku wuxuu u dhigmaa shuruudaha nafaqada ee phytoplankton.
Gobollada waxaa loo kala saaray 12 AEPs A ilaa L. (A) Biyomass (mgC/m3) ee nidaamyada deegaanka ee 12 gobol.(B) Heerka qulqulka nafaqeynta ee nitrojiinka aan noolaha lahayn ee kala diri (N), iron (Fe), phosphate (P) iyo silicic acid (Si) (mmol/m3 sanadkii).Fe iyo P waxaa lagu dhufto 16 iyo 16×103, siday u kala horreeyaan, si ay xariijimaha u noqdaan kuwo la jaanqaadaya shuruudaha stoichiometry phytoplankton.(C) U fiirso farqiga u dhexeeya gobollada cirifka, duufaannada kulaala-hoosaadka iyo xilliyada waaweyn ee gobollada soo koraya.Goobaha kormeerka waxaa lagu calaamadeeyay sida soo socota: 1, KURSIGA;2, Allow;3, saldhiga P;iyo 4, BATS.
AEP-ga la aqoonsaday waa mid gaar ah.Waxaa jira xoogaa summeeyaha agagaarka dhulbaraha ee Badweynta Atlaantigga iyo Baasifigga, waxaana aag la mid ah laakiin la ballaariyay ayaa ka jirta Badweynta Hindiya.Qaar ka mid ah AEP-yada waxay ku dheggan yihiin dhinaca galbeed ee qaaradda ee la xidhiidha kor u kaca.Cirifka Koonfureed ee Cirifka Koonfureed hadda waxa loo tixgaliyaa sifo aag weyn.Duufaanta kulaylaha hoose waa taxane adag oo oligotrophic AEP ah.Gobolladan, qaabka la yaqaan ee kala duwanaanshaha noole ee u dhexeeya wareegyada oligotrophic ee ay xukumaan plankton iyo gobollada polar-ka qaniga ku ah waa wax iska cad.
AEP-yada leh wadarta guud ee noolaha phytoplankton waxay yeelan karaan qaab-dhismeedyo bulsho oo aad u kala duwan waxayna dabooli karaan aagag juqraafi ah oo kala duwan, sida D, H, iyo K, kuwaas oo leh wadarta guud ee baayoomass phytoplankton.AEP H waxay inta badan ka jirtaa Badweynta Hindiya ee Equatorial, waxaana jira bakteeriyada diazotrophic badan.AEP D waxaa laga helaa dhowr basins, laakiin waxay si gaar ah caan uga tahay Baasifigga agagaarka aagagga wax soo saarka sare leh ee ku wareegsan kor u kaca dhulbaraha.Qaabka gobolkan Baasifiga waxa uu u egyahay tareen mowjadaha meeraha ah.Waxaa jira diazobacteria yar oo ku jira AEP D, iyo koollo badan.Marka la barbar dhigo labada gobol ee kale, AEP K waxaa laga helaa oo keliya dhulka sare ee Badweynta Arctic, waxaana jira diatoms badan iyo planktons yar.Waxaa xusid mudan in xadiga plankton ee saddexdan gobol uu isna aad uga duwan yahay.Waxaa ka mid ah, tirada badan ee Plankton ee AEP K waa mid aad u hooseeya, halka kuwa AEP D iyo H ay aad u sarreeyaan.Sidaa darteed, in kasta oo ay noole yihiin (oo sidaas darteed la mid ah Chl-a), gobolladani aad bay u kala duwan yihiin: Tijaabada gobolka Chl-ku salaysan waxaa laga yaabaa inaanay qaban kala duwanaanshahan.
Waxa kale oo muuqata in qaar ka mid ah AEP-yada leh bayomass aad u kala duwan ay la mid yihiin marka la eego qaab dhismeedka bulshada phytoplankton.Tusaale ahaan, tani waxay ka muuqataa AEP D iyo E. Way isku dhow yihiin midba midka kale, iyo Badweynta Baasifigga, AEP E waxay ku dhowdahay AEPJ aadka wax soo saarka leh.Sidoo kale, ma jiro xidhiidh cad oo ka dhexeeya baayoomass phytoplankton iyo badashada zooplankton.
AEP waxa lagu fahmi karaa marka la eego nafaqooyinka la siiyay (Jaantuska 5B).Diatoms waxay ka jiraan kaliya marka ay jirto sahay ku filan oo ah silicic acid.Guud ahaan, marka ay sare u kacdo sahayda silicic acid, ayaa sare u kaca bayomaska diatoms-ka.Diatoms waxaa lagu arki karaa AEP A, J, K iyo L. Saamiga diatom bayoomass marka loo eego phytoplankton kale waxaa go'aamiya N, P iyo Fe marka loo eego baahida diatomka.Tusaale ahaan, AEP L waxaa u badan diatoms.Marka la barbardhigo nafaqooyinka kale, Si ayaa leh sahayda ugu sareysa.Taas bedelkeeda, inkasta oo wax soo saarkiisu sarreeyo, AEP J waxay leedahay diatoms ka yar iyo sahayda silikoon ka yar (dhammaan iyo marka loo eego nafaqooyinka kale).
Bakteeriyada Diazonium waxay awood u leedahay inay hagaajiso nitrogen, laakiin si tartiib ah u koraan (31).Waxay la nool yihiin phytoplankton kale, halkaasoo birta iyo fosfooraska ay xad dhaaf yihiin marka loo eego baahida nafaqooyinka aan diazonium-ka ahayn (20, 21).Waxaa xusid mudan in biomass-ka diazotrophic uu yahay mid aad u sarreeya, sahayda Fe iyo P waa mid aad u weyn marka loo eego sahayda N. Sidan, inkasta oo wadarta bayoolajiga AEP J ay ka sarreyso, diazonium biomass ee AEP H waa ka weyn kan J. Fadlan ogow in AEP J iyo H ay juqraafi ahaan aad u kala duwan yihiin, Hna ay ku yaalliin badweynta Hindiya ee dhulbaraha.
Haddii qaab dhismeedka deegaanka ee gaarka ah aan loo qaybin gobollo, fikradaha laga helay 12-ka nooc ee kakanaanta ugu hooseeya ee AEP ma noqon doonaan kuwo cad.AEP-da ay dhaliso SAGE waxa ay sahlaysa isbarbardhiga isku xidhan ee isku mar ah ee macluumaadka kakan iyo cabbirka sare ee moodooyinka deegaanka.AEP waxay si wax ku ool ah u xoojineysaa sababta Chl aysan u ahayn hab wanaagsan iyo hab kale oo lagu go'aamiyo qaab dhismeedka bulshada ama badashada zooplankton ee heerarka nafaqeynta sare.Falanqaynta faahfaahsan ee mawduucyada cilmi-baarista ee socda ayaa ka baxsan baaxadda maqaalkan.Habka SAGE wuxuu bixiyaa hab lagu sahamiyo habab kale oo ku jira qaabka kaas oo sahlan in la maareeyo marka loo eego aragtida-dhibcaha.
Habka SAGE waxaa la soo jeediyay in lagu caddeeyo xogta deegaanka ee aadka u adag ee moodooyinka tirooyinka jirka/biogeochemical/ecosystem.Gobolka deegaanka waxaa lagu go'aamiyaa wadarta noole ee kooxuhu iskutallaabayaan, adeegsiga t-SNE ixtimaalka dhimista algorithmamka iyo kooxaynta iyadoo la adeegsanayo habka ML ee DBSCAN ee aan la ilaalin.Farqiga/aragtida garaafka ee ka dhexeeya gobollada BC ee habka buulka ayaa loo dabaqay si loo helo AEP adag oo loo isticmaali karo tarjumaad caalami ah.Xagga dhismaha, Gobolka Eco-iyo AEP waa kuwo gaar ah.Buulka AEP waxaa lagu hagaajin karaa inta u dhaxaysa kakanaanta buuxda ee gobolka asalka ah ee deegaanka iyo heerka ugu yar ee lagu taliyey ee 12 AEPs.Buul-samaynta iyo go'aaminta kakanaanta ugu yar ee AEP ayaa loo tixgaliyaa inay yihiin tillaabooyinka muhiimka ah, sababtoo ah itimaalka t-SNE waxa ay hoos u dhigtaa AEP-yada <12 kakanaanta.Habka SAGE waa mid caalami ah, kakankiisuna wuxuu u dhexeeyaa> 100 AEPs ilaa 12. Si fudud, diiradda hadda waa kakanaanta 12 AEP-yada caalamiga ah.Cilmi-baarista mustaqbalka, gaar ahaan daraasaadka gobolka, ayaa laga yaabaa inay helaan qayb yar oo ka mid ah qaybaha deegaanka ee gobollada caalamiga ah oo faa'iido leh, waxaana laga yaabaa in lagu ururiyo aag yar si looga faa'iidaysto isla fikradaha deegaanka ee halkan lagaga hadlay.Waxay bixisaa talooyin ku saabsan sida gobolladan deegaanka iyo fikradaha laga helay iyaga loogu isticmaali karo faham dheeraad ah oo deegaanka ah, fududaynta isbarbardhigga moodeelka, iyo suurtogalnimada in ay wanaajiso la socodka nidaamka deegaanka badda.
Gobolka deegaanka iyo AEP ee lagu aqoonsaday habka SAGE waxay ku salaysan yihiin xogta ku jirta qaabka tirada.Qeexitaan ahaan, qaabka nambarada waa qaab-dhismeed la fududeeyay, isku dayaya in la qabto nuxurka nidaamka bartilmaameedka, iyo noocyo kala duwan ayaa yeelan doona qaybinta kala duwan ee plankton.Qaabka nambarada ee daraasaddan loo adeegsaday si buuxda uma qabsan karo qaar ka mid ah qaababka la arkay (tusaale ahaan, qiyaasta Chl ee gobolka dhulbaraha iyo badweynta koonfureed).Kaliya qayb yar oo ka mid ah kala duwanaanshaha badweynta dhabta ah ayaa la qabtaa, meso iyo mesoscales-hoosaadka lama xallin karo, taas oo saameyn karta qulqulka nafaqeynta iyo qaabdhismeedka bulshada oo yar.Iyadoo ay jiraan cilladahaas, waxaa soo baxday in AEP ay aad faa'iido u leedahay inay ka caawiso fahamka moodooyinka kakan.Marka la qiimeeyo meelaha laga helo gobollada deegaanka ee la midka ah, AEP waxay bixisaa qalab isbarbardhigga nambarada suurtagalka ah.Habka nambarada hadda jira waxa uu qabtaa qaabka guud ee dareenka fog ee phytoplankton Chl-a xoojinta iyo qaybinta cabbirka plankton iyo kooxda shaqaynaysa (Xusuusin S1 iyo Jaantuska S1) (2, 32).
Sida ku cad 0.1 mgChl-a/m-3 line contour, AEP waxa loo qaybiyaa aagga oligotrophic iyo mesotrophic area (Jaantuska S1B): AEP B, C, D, E, F iyo G waa aagagga oligotrophic, meelaha soo hadhayna waa ku yaal Higher Chl-a.AEP waxay tusinaysaa xoogaa waraaqo ah oo lala yeesho Gobolka Longhurst (Jaantuska S3A), tusaale ahaan, Badweynta Koonfureed iyo Baasifigga dhulbaraha.Gobollada qaarkood, AEP waxay dabooshaa gobollo badan oo Longhurst ah, iyo lidkeeda.Mar haddii la doonayo in lagu xadeeyo gobollada aaggan iyo Longhurst ka duwan yahay, waxaa la filayaa in ay jiri doonaan kala duwanaansho.AEP-yo badan oo ka jira gobolka Longhurst ayaa tilmaamaya in meelaha qaarkood ee leh kiimiksiga bayoloji ee la midka ahi ay yeelan karaan qaab dhismeedyo deegaan oo aad u kala duwan.AEP waxa ay soo bandhigtaa waraaqo gaar ah oo ay la socdaan dawlado jireed, sida shaaca laga qaaday iyada oo la isticmaalayo barasho aan la ilaalin (19), sida gobolada sare u kaca (tusaale ahaan, Badweynta Koonfureed iyo Baasifigga dhulbaraha; Jaantuska S3, C iyo D).Warqadahaasi waxay muujinayaan in qaab-dhismeedka bulshada ee plankton uu si xooggan u saameeyay dhaqdhaqaaqa badda.Aagagga sida Waqooyiga Atlantic, AEP waxay sii martaa gobollada jireed.Habka keena kala duwanaanshahan waxaa ku jiri kara hababka sida gaadiidka boodhka, taas oo keeni karta barnaamijyo nafaqo oo gebi ahaanba ka duwan xitaa xaalado jireed oo isku mid ah.
Wasaaradda deegaanka iyo AEP ayaa tilmaamay in isticmaalka Chl oo keliya aysan aqoonsan karin qaybaha deegaanka, maadaama bulshada deegaanka badda ay mar hore xaqiiqsatay.Tan waxaa lagu arkay AEP-yada leh bayooloji la mid ah laakiin ka kooban deegaan ahaan aad u kala duwan (sida D iyo E).Taas bedelkeeda, AEP-yada sida D iyo K waxay leeyihiin bayooloji aad u kala duwan laakiin isku mid ah bay'ada.AEP waxay ku nuuxnuuxsatay in xidhiidhka ka dhexeeya baayoomass, ka kooban yahay deegaanka iyo badashada zooplankton uu yahay mid adag.Tusaale ahaan, in kasta oo AEP J ay ka soo muuqato phytoplankton iyo baayoomass plankton, AEP's A iyo L waxay leeyihiin baayoomass plankton oo la mid ah, laakiin A waxay leedahay badnida plankton sare.AEP waxay ku nuuxnuuxsatay in phytoplankton biomass (ama Chl) aan la isticmaali karin si loo saadaaliyo noolaha zooplankton.Zooplankton waa aasaaska silsiladda cuntada kalluunka, iyo qiyaaso sax ah oo dheeraad ah ayaa laga yaabaa inay horseeddo maarayn kheyraad oo wanaagsan.Dayax gacmeedyada midabka badda mustaqbalka [tusaale, PACE (plankton, aerosol, Cloud, and marine ecosystem)] waxa laga yaabaa in si fiican loo meeleeyo si loo qiyaaso qaab dhismeedka bulshada ee phytoplankton.Isticmaalka saadaasha AEP waxay fududayn kartaa qiyaasida zooplankton ee meel bannaan.Hababka sida SAGE, oo ay weheliso tignoolajiyada cusub, iyo xog dheeraad ah oo goobta laga heli karo sahanka runta dhulka (sida Tara iyo cilmi baadhista dabagalka), waxay si wada jir ah u qaadi karaan tallaabo dhinaca kormeerka caafimaadka deegaanka ee ku salaysan dayax-gacmeedka.
Habka SAGE wuxuu bixiyaa hab ku habboon oo lagu qiimeeyo hababka qaar ee xakameynaya sifooyinka gobolka, sida biomass/Chl, wax soo saarka aasaasiga ah ee saafiga ah, iyo qaabka bulshada.Tusaale ahaan, xadiga qaraabada ah ee diatoms waxaa dejiya isu dheelitir la'aanta saadka Si, N, P, iyo Fe marka loo eego shuruudaha stoichiometric phytoplankton.Marka la eego heerka saadka dheellitiran, bulshada waxa u badan diatoms (L).Marka heerka sahaydu aanu dheeli tirnayn (taas oo ah, sahayda silikoonku way ka hoosaysaa baahida nafaqada ee diatoms), diatoms waxay ku xisaabtamaysaa qayb yar oo keliya Share (K).Marka sahayda Fe iyo P ay ka badato sahayda N (tusaale, E iyo H), bakteeriyada diazotrophic waxay u kori doontaa si xooggan.Iyadoo loo marayo macnaha guud ee ay bixiso AEP, sahaminta hababka xakamaynta ayaa noqon doona mid waxtar leh.
Gobolka Eco-iyo AEP waa goobo leh qaab-dhismeed bulsho oo isku mid ah.Taxanaha wakhtiga laga soo bilaabo meel gaar ah oo ka tirsan gobolka deegaanka ama AEP waxa loo tixgalin karaa meel tixraaceed oo waxa uu matali karaa aagga uu daboolo gobolka deegaanka ama AEP.Saldhigyada kormeerka ee muddada-dheer waxay bixiyaan waqtiyo taxane ah.Hababka xogta goobta ee muddada-dheer waxay sii wadi doonaan inay ciyaaraan door aan la qiyaasi karin.Marka loo eego aragtida la socodka qaab dhismeedka bulshada, habka SAGE waxaa loo arki karaa hab lagu caawiyo go'aaminta goobta ugu faa'iidada badan ee goobaha cusub.Tusaale ahaan, taxanaha wakhtiga ee qiimaynta deegaanka oligotrophic ee muddada-dheer (ALOHA) waxay ku jirtaa AEP B ee aagga oligotrophic (Jaantuska 5C, calaamadda 2).Sababtoo ah ALOHA waxay ku dhowdahay xadka AEP kale, taxanaha wakhtiga ma noqon karo wakiil aagga oo dhan, sidii hore loo soo jeediyay (33).Isla AEP B, taxanaha wakhtiga SEATS (Taxanaha Waqtiga Koonfur-bari Aasiya) wuxuu ku yaalaa koonfur-galbeed ee Taiwan (34), oo ka fog xuduudaha AEP-yada kale (Jaantuska 5C, calaamadda 1), waxaana loo isticmaali karaa meel ka fiican si loola socdo. AEPB.Waqtiga taxanaha ah ee BATS (Bermuda Atlantic Time Series Study) (Jaantuska 5C, calaamadda 4) ee AEPC waxay aad ugu dhowdahay soohdinta u dhaxaysa AEP C iyo F, taas oo muujinaysa in la socodka AEP C iyadoo la adeegsanayo taxanaha wakhtiga BATS ay si toos ah dhibaato u yeelan karto.Saldhigga P ee AEP J (Jaantuska 5C, calaamadda 3) way ka fog tahay xuduudda AEP, markaa way ka badan tahay wakiil.Gobolka Eco-iyo AEP waxa ay gacan ka geysan karaan in la sameeyo qaab-ilaaliye oo ku habboon qiimaynta isbeddellada caalamiga ah, sababtoo ah oggolaanshaha gobollada si ay u qiimeeyaan halka muunada goobta laga heli karo fikrado muhiim ah.Habka SAGE waa la sii horumarin karaa si loogu dabaqo xogta cimilada si loo qiimeeyo isbeddelka waqtiga-badbaadinta.
Guusha habka SAGE waxaa lagu gaaraa iyadoo si taxadar leh loo isticmaalo xogta sayniska/hababka ML iyo aqoonta gaarka ah ee domainka.Gaar ahaan, t-SNE waxaa loo isticmaalaa in lagu sameeyo dhimista cabbirka, taas oo ilaalisa qaab dhismeedka wada jirka ee xogta cabbirka sare waxayna fududaynaysaa aragga korjoogteynta wadajirka.Xogta waxaa loo habeeyey qaab xariijimo iyo is-jiidjiid (Jaantuska 2A), taas oo muujinaysa in qiyaasaha fogaanta ku salaysan (sida K-macnaha) aysan ku habboonayn sababtoo ah waxay inta badan isticmaalaan qaybinta saldhigga Gaussian (wareeg ah) (oo lagaga hadlay Note S2) .Habka DBSCAN wuxuu ku habboon yahay topology kasta oo isku-dhafka ah.Ilaa iyo inta aad fiiro gaar ah u leedahay dejinta xuduudaha, aqoonsi la isku halayn karo ayaa la bixin karaa.Qiimaha xisaabinta ee t-SNE algorithm waa mid sarreeya, taas oo xaddidaysa codsigeeda hadda tiro badan oo xog ah, taas oo macnaheedu yahay inay adag tahay in lagu dabaqo meelo qoto dheer ama waqti kala duwan.Shaqada miisaanka t-SNE ayaa socota.Maaddaama masaafada KL ay fududahay in la barbar dhigo, t-SNE algorithm waxay leedahay awood wanaagsan oo fidinta mustaqbalka (35).Ilaa hadda, hababka kale ee hoos u dhigista cabbirka ee sida wanaagsan u yarayn kara cabbirka waxaa ka mid ah qiyaasaha kala duwanaanta midaysan iyo farsamooyinka saadaalinta (UMAP), laakiin qiimaynta xogta badda waa lagama maarmaan.Macnaha miisaanka ka wanaagsan waa, tusaale ahaan, kala soocida cimilada caalamiga ah ama moodooyinka leh kakanaanta kala duwan ee lakabka isku dhafan.Aagagga ku guul darraysa in loo kala saaro SAGE gobol kasta waxa loo arki karaa inay yihiin dhibco madow ee soo hadhay ee Jaantuska 2A.Juquraafi ahaan, aagaggani waxay inta badan ku sugan yihiin aagagga xilliyeedka aadka u sarreeya, taas oo soo jeedinaysa in qabashada gobollada deegaanka ee isbeddelaya waqti ka dib ay bixin doonaan caymis wanaagsan.
Si loo dhiso habka SAGE, fikradaha nidaamyada adag / sayniska xogta ayaa la isticmaalay, iyada oo la adeegsanayo awoodda lagu go'aamiyo kooxaha shaqada (suurtagalnimada in aad ugu dhowdahay meel 11-cabbir ah) iyo go'aaminta gobollada.Gobolladani waxay muujinayaan tirooyin gaar ah oo ku jira booska wejiga 3D t-SNE.Sidoo kale, qaybta Poincaré waxaa loo isticmaali karaa in lagu qiimeeyo "mugga" ee booska gobolka ee ku jira jihada si loo go'aamiyo "caadi" ama "qalafsanaan" dabeecad (36).Soosaarka moodeelka 11-cabbirka ah ee taagan, mugga la qabsaday ka dib marka xogta loo beddelo booska wejiga 3D ayaa si la mid ah loo sharxi karaa.Xidhiidhka ka dhexeeya aagga juqraafiyeed iyo aagga booska marxaladda 3D ma fududa, laakiin waxaa lagu sharxi karaa marka la eego isu ekaanshaha deegaanka.Sababtan awgeed, cabbirka kala duwanaanshiyaha BC ee caadiga ah ayaa la door bidaa.
Shaqada mustaqbalka waxay dib u isticmaali doontaa habka SAGE si loo beddelo xogta xilliyeedka si loo qiimeeyo kala duwanaanshaha meelaha ee gobollada la aqoonsaday iyo AEP.Hadafka mustaqbalka waa in la isticmaalo habkan si loo go'aamiyo gobollada lagu go'aamin karo cabbirada dayax-gacmeedka (sida Chl-a, dareenka fogaanta iyo heerkulka dusha badda).Tani waxay u ogolaan doontaa qiimaynta fog ee qaybaha deegaanka iyo la socodka aadka u dabacsan ee gobolada deegaanka iyo kala duwanaanshahooda.
Ujeedada cilmi baaristan waa in la soo bandhigo habka SAGE, kaas oo qeexaya gobolka deegaanka iyada oo loo marayo qaab dhismeedka bulshada ee gaarka ah.Halkan, macluumaad faahfaahsan oo ku saabsan qaabka jireed/biogeochemical/nidaamka deegaanka iyo xulashada halbeegyada algorithmsyada t-SNE iyo DBSCAN ayaa lagu bixin doonaa.
Qaybaha jireed ee moodeelku waxay ka yimaadaan qiyaasta wareegga badda iyo cimilada [ECCOv4;(37) Qiyaasta dawladda caalamiga ah ee lagu tilmaamay (38).Xallinta magacaaban ee qiyaasta gobolka waa 1/5.Habka ugu yar ee labajibbaaran ee habka isku-dhufashada Lagrangian waxaa loo isticmaalaa si loo helo bilowga iyo xaaladaha xuduudaha iyo cabbirada qaabka gudaha ee lagu hagaajiyo kormeerka, taas oo soo saari doonta qaabka wareegga guud ee MIT (MITgcm) (39), qaabka ka dib hagaajinta, natiijadu waxay noqon kartaa la daba galo oo la fiirsado.
Bioogeochemistry/nidaamka deegaanka waxa uu leeyahay sharraxaad dhammaystiran (tusaale ahaan isla'egyada iyo qiimayaasha halbeegyada) gudaha (2).Qaabku wuxuu qabtaa wareegga C, N, P, Si iyo Fe iyada oo loo marayo balliyada aan organic iyo organic.Nooca halkan loo isticmaalo waxaa ka mid ah noocyada 35 ee phytoplankton: 2 nooc oo microprokaryotes ah iyo 2 nooc oo microeukaryotes ah (ku habboon deegaan nafaqo-yar), 5 nooc oo ah Cryptomonas sphaeroides (oo leh daahan calcium carbonate), 5 nooc oo diazonium ah (Waxay hagaajin kartaa nitrogen, sidaas darteed ma xaddidna) helitaanka nitrogen aan organic ahayn oo kala diri), 11 diatoms (samaynta dabool siliceous ah), 10 calan caleen-daaqeed isku qasan (photosynthesize karaa oo cuni plankton kale) iyo 16 Zooplankton (daaqsin on plankton kale).Kuwaas waxaa loo yaqaan "kooxaha shaqeynta biochemical" sababtoo ah waxay leeyihiin saameyno kala duwan oo ku saabsan biochemistry badda (40, 41) waxaana inta badan loo adeegsadaa fiirsashada iyo daraasaadka moodeelka.Qaabkan, koox kasta oo shaqaynaysa waxay ka kooban tahay dhawr planktoon oo cabbirro kala duwan leh, oo ballaciisu yahay 0.6 ilaa 2500 μm dhexroor wareegsan oo u dhigma.
Halbeegyada saameeya korriinka phytoplankton, daaqsinta iyo quusitaanka waxay la xiriiraan cabbirka, waxaana jira farqi gaar ah oo u dhexeeya lixda kooxood ee shaqada ee phytoplankton (32).Inkasta oo qaababka jireed ee kala duwan, natiijooyinka 51 qaybaha plankton ee qaabka ayaa loo isticmaalay tiro daraasado ah oo dhowaan ah (42-44).
Laga soo bilaabo 1992 ilaa 2011, qaabka isku xidhka jirka/biogeochemical/ecosystem-ka waxa uu socday 20 sano.Wax-soo-saarka moodeelka waxaa ka mid ah biomass plankton, xoojinta nafaqeynta iyo heerka saadka nafaqeynta (DIN, PO4, Si iyo Fe).Daraasaddan, celceliska 20-sano ee wax-soo-saarkan ayaa loo isticmaalay sidii fikradda Gobolka Ecological.Chl, qaybinta bioomass plankton iyo xoogga nafaqaynta iyo qaybinta kooxaha shaqaynaya waxa la barbardhigay dayax gacmeedka iyo indho-indheynta goobta [eeg (2, 44), Ogow S1 iyo shaxanka.S1 ilaa S3].
Habka SAGE, isha ugu weyn ee random-ka waxay ka timaaddaa t-SNE.Randomness waxay hor istaagtaa dib u soo celinta, taas oo macnaheedu yahay in natiijooyinku yihiin kuwo aan la isku halayn karin.Habka SAGE wuxuu si adag u tijaabiyaa adkaanta isagoo go'aaminaya jaangooyooyinka t-SNE iyo DBSCAN, kuwaas oo si joogto ah u aqoonsan kara kooxaha marka lagu celiyo.Go'aaminta "jahawareerka" ee cabbirka t-SNE waxaa loo fahmi karaa iyadoo la go'aaminayo heerka khariidaynta cabbirrada sare iyo kuwa hoose ay tahay inay ixtiraamaan sifooyinka maxaliga ah ama caalamiga ah ee xogta.Waxay gaadhay jahawareerkii 400 iyo 300 ee ku celcelinta.
Algorithm-ka ururinta DBSCAN, cabbirka ugu yar iyo mitirka masaafada ee dhibcaha xogta kooxda ayaa u baahan in la go'aamiyo.Tirada ugu yar waxaa lagu go'aamiyaa hagida khubarada.Aqoontani waxay garanaysaa waxa ku habboon qaabka qaabaynta tirada hadda iyo xallinta.Tirada ugu yar waa 100. Qiimaha ugu hooseeya ee sarreeya (in ka yar <135 ka hor inta aan xadka sare ee cagaarka noqonin ballaaran) waa la tixgelin karaa, laakiin ma beddeli karto habka isku-darka ee ku salaysan kala duwanaanshiyaha BC.Heerka isku xirka (Jaantuska 6A) ayaa loo isticmaalaa in lagu dejiyo halbeegga ϵ, kaas oo ku habboon daboolida sare (Jaantuska 6B).Isku xirnaanta waxaa lagu qeexaa inay tahay tirada isku dhafan ee kooxaha waxayna xasaasi u tahay cabbirka ϵ.Isku xirnaanta hoose waxay muujineysaa ku filnaansho la'aan, oo si macmal ah isu geysay gobollada.Isku xirnaanta sare waxay muujineysaa kufilan.Ku-habboonaanta xad-dhaafka ah sidoo kale waa dhibaato, sababtoo ah waxay muujinaysaa in malo-awaalka bilowga ah ay keeni karaan natiijooyin aan dib loo soo saari karin.Inta u dhaxaysa labadan daraf, koror fiiqan (badanaa loo yaqaan "xuxulka") ayaa tilmaamaya ϵ ugu fiican.Jaantuska 6A, waxaad ku arkaysaa koror xoog leh oo ku yimi dhulka taagga ah (jaalle,> 200 rucubood), oo ay ku xigto hoos u dhac xooggan (cagaar, 100 rucub), ilaa 130, oo ay ku hareeraysan yihiin kooxo aad u yar (buluug, <60 rucub) ).Ugu yaraan 100 goobood oo buluug ah, mid ka mid ah kooxdu ayaa gacanta ku haysa badweynta oo dhan (ϵ <0.42), ama badi badda lama kala saarin waxaana loo arkaa qaylo (ϵ> 0.99).Meesha jaalaha ah waxay leedahay doorsooma sare leh, qaybin kooxeed aan dib loo soo saari karin.Marka ϵ hoos u dhaco, qaylada ayaa kordheysa.Aagga cagaarka ah ee aadka u sii kordhaya waxaa loo yaqaan xusul.Tani waa gobolka ugu fiican.In kasta oo suurtogalnimada t-SNE la isticmaalo, kala duwanaanshaha BC ee gobolka ayaa weli loo isticmaali karaa si loo go'aamiyo kooxaynta la isku halayn karo.Adigoo isticmaalaya sawirka 6 (A iyo B), dhig ϵ ilaa 0.39.Inta uu bato tirada ugu yar, way yaraysaa suurtogalnimada in la gaadho ϵ taas oo u oggolaanaysa kala saarista la isku halayn karo, iyo weynaanta aagga cagaaran ee leh qiime ka weyn 135. Ballaarinta aaggan waxay muujinaysaa in suxulka ay adkaan doonto in la helo ama la'aanteed. jira.
Ka dib marka la dejiyo xuduudaha t-SNE, tirada guud ee kutlada la helay waxaa loo isticmaali doonaa cabirka isku xirnaanta (A) iyo boqolleyda xogta loo qoondeeyay kutlada (B).Dhibicda gaduudan waxay muujineysaa isku darka ugu wanaagsan ee daboolida iyo isku xirnaanta.Tirada ugu yar waxaa loo dejiyay iyadoo loo eegayo tirada ugu yar ee la xiriirta deegaanka.
Wixii agab dheeri ah ee maqaalkan, fadlan eeg http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Kani waa maqaal gelitaan furan oo lagu qaybiyey shuruudaha shatiga Astaanta Hal-abuurka Guud.Maqaalku wuxuu u oggolaanayaa isticmaalka aan xadidnayn, qaybinta, iyo taranka meel kasta oo dhexdhexaad ah iyada oo la raacayo shardiga ah in shaqada asalka ah si sax ah loo soo xigtay.
Fiiro gaar ah: Waxaan kaliya ku waydiisanaynaa inaad bixiso ciwaankaaga iimaylka si qofka aad kula taliso bogga u ogaado inaad rabto inay arkaan iimaylka oo aanu ahayn spam.Ma qabsan doono ciwaanno iimayl ah
Su'aashan waxaa loo isticmaalaa in lagu tijaabiyo in aad tahay booqde iyo in laga hortago soo gudbinta spam ee tooska ah.
Wasaaradda Caalamiga ah ee Cilmi-nafsiga badda waxaa go'aansatay inay xalliso dhibaatooyinka adag waxayna isticmaashaa ML aan la kormeerin si ay u sahamiso qaababka bulshada.
Wasaaradda Caalamiga ah ee Cilmi-nafsiga badda waxaa go'aansatay inay xalliso dhibaatooyinka adag waxayna isticmaashaa ML aan la kormeerin si ay u sahamiso qaababka bulshada.
Waqtiga boostada: Jan-12-2021