Усули омӯзиши беназорат барои муайян кардани музофотҳои экологии ҷаҳонии баҳр (вилоятҳои экологӣ) дар асоси сохтори ҷамоаи планктон ва маълумоти ҷараёни маводи ғизоӣ пешниҳод карда мешавад.Усули муттаҳидшудаи минтақавии экологӣ (SAGE) метавонад вилоятҳои экологиро дар моделҳои экосистемаи хеле ғайрихаттӣ муайян кунад.Барои мутобиқ шудан ба коварианси ғайри Гауссионии додаҳо, SAGE барои кам кардани андозагирӣ аз ҳамсояи тасодуфӣ (t-SNE) истифода мебарад.Бо ёрии дархости мусоид дар асоси ҷашнгирии зичии алгоритми зич (DBSCAN) алгоритм, зиёда аз сад вилоят метавонад муайян карда шавад.Бо истифода аз харита бо фарқиятҳои экологӣ ҳамчун чораи масофа, ресту музофоти экологӣ (AEP) бо назардошти вилоятҳои лона экологӣ муайян карда мешавад.Бо истифода аз AEPs, назорати сатҳи таъминоти маводи ғизоӣ дар сохтори ҷомеа омӯхта шуд.Эко-вилоят ва AEP беназиранд ва метавонанд ба тафсири модел кӯмак расонанд.Онҳо метавонанд муқоисаи байни моделҳоро осон кунанд ва фаҳмиш ва мониторинги экосистемаҳои баҳриро тақвият бахшанд.
Вилоятҳо минтақаҳое мебошанд, ки биогеографияи мураккаб дар баҳр ё хушкӣ ба минтақаҳои ҳамоҳанг ва пурмазмун ташкил карда шудааст (1).Ин музофотҳо барои муқоиса ва муқоисаи маконҳо, тавсифи мушоҳидаҳо, назорат ва муҳофизат хеле муҳиманд.Муоширати мураккаб ва ғайримутоҳо, ки ин вилоятҳоро истеҳсол мекунанд, барои муайян кардани вилоятҳо ба таври объективӣ нармафзори ноустуворро хеле мувофиқ мекунанд, зеро Директория дар додаҳо мураккаб ва ғайриячиён аст.Дар ин ҷо, усули ML пешниҳод карда мешавад, ки ба таври назаррас музминҳои беназири баҳрӣ (вилоятҳои экологӣ) аз замони дарвин (3D) ба таври воқеӣ (3D) мушаххас карда мешавад (2).Истилоҳи "нодир" барои нишон додани он истифода мешавад, ки минтақаи муайяншуда бо дигар минтақаҳо ба таври кофӣ мувофиқат намекунад.Ин усулро усули ҳамгирошудаи экологии система (SAGE) меноманд.Бо мақсади иҷрои таснифоти муфид, як усули алгорит месупорад (i) таснифоти глобалӣ ва (ii) таҳлили бисёрсоҳавӣ, ки метавонанд дар фазо ва вақтро лона гиранд (3).Дар ин тадқиқот, усули SAGE бори аввал пешниҳод карда шуд ва вилоятҳои экологии муайяншуда муҳокима карда шуданд.Экологии вилоятҳо метавонанд дар бораи омилҳои назоратшаванда, ки сохтори ҷомеа назорат мекунанд, барои назорати стратегияҳои назорат ва кӯмак ба тағирот дар экосистема мусоидат намояд.
Соҳибони заминӣ одатан аз рӯи монандии иқлим, хок, хок, набахшида, таҳқиқоти гуногунии биологӣ ва назорати беморӣ истифода мешаванд (1, 4).Муайян кардани музофотҳои баҳрӣ душвортар аст.Аксари организмҳо микроскопӣ буда, сарҳади моеъ доранд.Лонгхурст ва дигарон.(5) Яке аз аввалин таснифоти глобалии Вазорати уқёнусшиносӣ дар асоси шароити муҳити зист пешниҳод шудааст.Таърифи ин музофотҳои "Лонгҳерст" дорои тағирёбандаҳо ба монанди суръати омехташавӣ, стратификация ва нурдиҳӣ, инчунин таҷрибаи ғании Лонгҳерст ҳамчун уқёнусшиноси баҳрӣ мебошад, ки дигар шароити муҳими экосистемаҳои баҳрӣ дорад.Масалан, Лонгҳерст барои арзёбии истеҳсоли аввалия ва ҷараёнҳои карбон, кӯмак ба моҳидорӣ ва банақшагирии фаъолиятҳои мушоҳида дар situ ба таври васеъ истифода шудааст (5-9).Барои ба таври объективӣ муайян кардани вилоятҳо, усулҳо ба монанди мантиқи номуайян ва кластеризатсия/омори минтақавии беназорат истифода шудаанд (9-14).Мақсади чунин усулҳо муайян кардани сохторҳои пурмазмун аст, ки метавонанд вилоятҳоро дар маълумоти мавҷудаи мушоҳида муайян кунанд.Масалан, музофотҳои динамикии баҳрӣ (12) барои коҳиш додани садо харитаҳои худташкилкуниро истифода мебаранд ва кластерҳои иерархӣ (дар асоси дарахт) барои муайян кардани маҳсулоти ранги баҳрӣ, ки аз моҳвораҳои минтақавӣ ба даст омадаанд [chlorophyll a (Chl-a), баландии хатти флуорессенси муқарраршуда ва моддахои органикии махлули ранга] ва майдони физики (харорати сатхи бахр ва шур, топографияи мутлаки динамикй ва яхи бахр).
Сохтори ҷомеаи планктон нигаронкунанда аст, зеро экологияи он ба сатҳи баланди ғизо, азхудкунии карбон ва иқлим таъсири калон дорад.Бо вуҷуди ин, муайян кардани як вилояти экологии глобалӣ дар асоси сохтори ҷамоаи планктон ҳанӯз як ҳадафи душвор ва душвор аст.Моҳвораҳои рангаи баҳрӣ эҳтимолан метавонанд дар бораи таснифоти дағалии фитопланктон маълумот пешниҳод кунанд ё бартариҳои гурӯҳҳои функсионалӣ пешниҳод кунанд (15), аммо онҳо дар айни замон маълумоти муфассалро дар бораи сохтори ҷомеа пешниҳод карда наметавонанд.Тадқиқотҳои охирин [масалан, Тара Уқёнуси (16)] андозагирии бесобиқаи сохтори ҷомеаро таъмин мекунанд;дар айни замон, дар миқёси ҷаҳонӣ танҳо мушоҳидаҳои нодир дар макон вуҷуд доранд (17).Тадқиқотҳои қаблӣ асосан «Вилояти биогеохимикӣ» (12, 14, 18) дар асоси муайян кардани шабоҳатҳои биохимиявӣ (ба монанди истеҳсоли аввалия, Chl ва нури дастрас) муайян карда шуданд.Дар ин ҷо модели ададӣ барои баровардани [Дарвин(2)] истифода мешавад ва вилояти экологӣ мувофиқи сохтори ҷомеа ва ҷараёни маводи ғизоӣ муайян карда мешавад.Модели ададӣ, ки дар ин таҳқиқот истифода шудааст, фарогирии глобалӣ дорад ва онро бо маълумоти мавҷудаи саҳроӣ (17) ва майдонҳои зеҳни дурдаст (Эзоҳ S1) муқоиса кардан мумкин аст.Маълумоти модели ададӣ, ки дар ин таҳқиқот истифода шудаанд, бартарии фарогирии глобалиро доранд.Экосистемаи намунавӣ аз 35 намуди фитопланктон ва 16 намуди зоопланктон иборат аст (лутфан ба мавод ва усулҳо муроҷиат кунед).Намудҳои модели планктон бо сохторҳои коварианси ғайри Гауссӣ ба таври ғайрихаттӣ мутақобила мекунанд, аз ин рӯ усулҳои оддии ташхис барои муайян кардани намунаҳои беназир ва муттасил дар сохторҳои ҷомеаи ба вуҷуд омада мувофиқ нестанд.Усули SAGE, ки дар ин ҷо ҷорӣ карда шудааст, роҳи нави санҷидани натиҷаи моделҳои мураккаби Дарвинро фароҳам меорад.
Қобилиятҳои пурқуввати табдилдиҳандаи технологияи илми маълумот/ML метавонад ба ҳалли бениҳоят мураккаби модел имкон диҳанд, ки сохторҳои мураккаб, вале мустаҳкамро дар ковариатсияи додаҳо ошкор кунанд.Усули устувор ҳамчун усуле муайян карда мешавад, ки метавонад натиҷаҳоро дар доираи хатогиҳои додашуда содиқона дубора тавлид кунад.Ҳатто дар системаҳои оддӣ, муайян кардани намунаҳо ва сигналҳои мустаҳкам метавонад душвор бошад.То он даме, ки асосе, ки ба намунаи мушоҳидашуда оварда мерасонад, муайян карда нашавад, мураккабии пайдошаванда метавонад мураккаб/душвор ба назар расад.Раванди асосии муқаррар кардани таркиби экосистема табиати ғайрихаттӣ дорад.Мавҷудияти таъсири мутақобилаи ғайрихаттӣ метавонад таснифоти устуворро иштибоҳ кунад, аз ин рӯ, аз усулҳое канорагирӣ кардан лозим аст, ки дар бораи тақсимоти асосии омории коварианси додаҳо тахминҳои қавӣ доранд.Маълумотҳои баландандоза ва ғайрихаттӣ дар уқёнусшиносӣ маъмуланд ва метавонанд сохтори ковариансиро бо топологияи мураккаби ғайри Гауссӣ дошта бошанд.Гарчанде ки маълумот бо сохтори коварианси ғайри Гауссӣ метавонад ба таснифоти устувор халал расонад, усули SAGE нав аст, зеро он барои муайян кардани кластерҳо бо топологияҳои худсарона пешбинӣ шудааст.
Ҳадафи усули SAGE ин ба таври объективӣ муайян кардани намунаҳои пайдошаванда, ки метавонанд ба фаҳмиши минбаъдаи экологӣ мусоидат кунанд, мебошад.Пас аз он ки кории кластерӣ шабеҳ ба масалан, (19), тағирёбандаҳои экологӣ ва ғизоӣ барои муайян кардани кластери ягона дар модели экологӣ истифода мешаванд.Усули Sage дар ин таҳқиқот пешниҳод карда мешавад (Расми 1) Аввал бо ҷамъоварии гурӯҳҳои функсионалии Plankton муайян карда шуд (ба мавод ва усулҳо нигаред).Бо истифода аз усули дохилкунии ҳамсояи t-tasodifiy (t-SNE), андоза тавассути тарҳрезии эҳтимолият ба фазои 3D минбаъд кам карда мешавад.Кластерсозии беназорат метавонад минтақаҳои аз ҷиҳати экологӣ наздикро муайян кунад [кластерсозии фазоӣ дар асоси зичӣ (DBSCAN) барои барномаҳои бар асоси садо].Ҳам t-SNE ва ҳам DBSCAN ба маълумоти модели ададии ғайрихаттии экосистема татбиқ мешаванд.Сипас вилояти экологии ба вуҷуд омадаро дар рӯи замин дубора лоиҳа кунед.Зиёда аз сад музофоти нодири экологй муайян карда шудааст, ки барои тадкикоти минтакавй мувофиканд.Бо мақсади баррасии модели васеи экосистема барои мутамаркази музокиротҳои экологӣ ба вилоятҳои ҷамъшудаи экологӣ (AEP) барои баланд бардоштани самаранокии вилоятҳои экологӣ истифода мешавад.Сатҳи ҷамъбастӣ (бо номи "мураккабӣ") метавонад ба сатҳи тафсилоти зарурӣ танзим карда шавад.Ҳадди ақали мураккабии AEP-и мустаҳкамро муайян кунед.Мавзӯи интихоб усули Sage мебошад ва омӯхтани мураккабтарин парвандаҳои хурдтарин барои муайян кардани назорати сохтори ҷомеаи шаҳрвандӣ мебошад.Пас аз он намунаҳоро метавон таҳлил кард, то фаҳмиши экологиро таъмин кунад.Усули дар ин ҷо ҷорӣ карда мешавад, инчунин барои муқоисаи модели васеъ истифода бурда мешавад, тавассути арзёбии ҷойҳои минтақаҳои экологии он, ки дар моделҳои гуногун нишон дода шудаанд, то моделҳо муқоисанд.
$A) Наќшаи схематикии љараёни кор барои муайян намудани вилояти экологї;Бо истифода аз маблағ дар гурӯҳи функсионалӣ барои кам кардани маълумоти аслии 55-андоза ба баровардани маълумот оид ба 11-андоза, аз ҷумла биомассаҳои ҳафт-планттон ва чор нақшаҳои ғизоӣ.Арзиши ночиз ва майдони яхбандии устувор.Маълумот стандартизатсия ва стандартизатсия карда шудааст.Ба алгоритми t-SNE маълумоти 11-ченакаро пешниҳод кунед, то комбинатсияҳои аз ҷиҳати оморӣ монандро таъкид кунед.DBSCAN кластерро бодиққат интихоб мекунад, то арзиши параметрро таъин кунад.Ниҳоят, маълумотро ба проексияи арзӣ/ тулӣ баргардонед.Лутфан таваҷҷӯҳ намоед, ки ин раванд 10 маротиба такрор карда мешавад, зеро тавассути истифодаи t-SNE тасодуфии ночиз метавонад ба вуҷуд ояд.(B) мефаҳмонад, ки чӣ тавр ба даст овардани AEP тавассути такрори ҷараёни кор дар (A) 10 маротиба.Барои ҳар яке аз ин 10 амалия, Матритсаи байниҳамдигарии Брай-Куртис (BC) дар асоси биомассаҳои 51 фитоплянктон муайян карда шуд.Фарқи милодро байни музофотҳо муайян кунед, аз мураккабии 1 AEP то мураккабии пурраи 115. Нишондиҳандаи милодро музофоти Лонгҳерст муқаррар мекунад.
Усули SAGE натиҷаи модели рақамии 3D глобалии физикӣ/экосистемаро барои муайян кардани вилояти экологӣ истифода мебарад [Дарвин (2);Ба Маводҳо ва Усулҳо ва Эзоҳ S1] нигаред.Қисмҳои экосистема аз 35 намуди фитопланктон ва 16 намуди зоопланктон иборатанд, ки дорои ҳафт гурӯҳи функсионалии пешакӣ муайяншуда: прокариотҳо ва эукариотҳо, ки ба муҳити камғизо мутобиқ шудаанд, кокцидҳо бо қабати карбонати калсий ва фиксияи вазнини нитроген (аз рӯи одат аз нитроген) маводи ғизоии муҳим), бо пӯшиши кремний, метавонад фотосинтези дигари планктон ва чаронидани flagellates омехтаи ғизоӣ ва чорводорони зоопланктон кунад.Андозаи андоза аз 0,6 то 2500 мкм ба диаметри сферикӣ баробар аст.Тақсимоти модели андозаи фитопланктон ва гурӯҳбандии функсионалӣ хусусиятҳои умумиро, ки дар мушоҳидаҳои моҳвораӣ ва дар ин ҷо дида мешаванд, инъикос мекунад (ниг. Расмҳои S1 то S3).Монандии байни модели ададӣ ва уқёнуси мушоҳидашуда нишон медиҳад, ки музофотҳое, ки бо модел муайян шудаанд, метавонанд ба уқёнуси дарунӣ татбиқшаванда бошанд.Лутфан қайд кунед, ки ин модел танҳо гуногунии муайяни фитопланктон ва танҳо диапазонҳои муайяни физикӣ ва кимиёвии маҷбурии уқёнуси in situ-ро дарбар мегирад.Усули SAGE метавонад ба одамон имкон диҳад, ки механизми назорати минтақавии сохтори намунавии ҷомеаро беҳтар дарк кунанд.
Дар ҳолатҳое, ки танҳо маблағи биомаҳои рӯизаминӣ (бо миёнаи давраи 20-сола) дар ҳар як гурӯҳи функсионалии Plankton, андозаи маълумот дар бораи маълумот кам карда мешаванд.Пас аз таҳқиқоти қаблӣ нақши калидии худро дар муқаррар кардани сохтори ҷамъиятӣ нишон дод, инчунин шартҳои сарчашмаҳои гуногун барои таҳвили ғизоӣ (таҳвили нитроген, оҳан, фоситӣ ва кислотаи силикӣ) [масалан (20, 21)]).Ҷамъбасти гурӯҳҳои функсионалӣ мушкилотро аз 55 (51 планктон ва 4 флюси ғизоӣ) ба 11 андоза коҳиш медиҳад.Дар ин таҳқиқоти ибтидоӣ, аз сабаби маҳдудиятҳои ҳисоббарории алгоритм, тағирёбии умқ ва вақт ба назар гирифта нашудааст.
Усули Sage метавонад муносибатҳои муҳими байни равандҳои ғайримуқаррарӣ ва хусусиятҳои асосии робита байни биомассаҳои функсионалӣ ва ғизоӣ муайян карда шавад.Истифодаи маълумоти 11-андоза дар асоси усулҳои омӯзиши фосилавӣ (ба монанди K-usion) вилоятҳои боэътимод ва афзоишёбанда ба даст оварда наметавонад (19, 22).Сабаб дар он аст, ки дар тақсимоти асосии коварианси элементҳои асосӣ, ки вилояти экологиро муайян мекунанд, ягон шакли гауссионӣ пайдо намешавад.Воситаҳои К-и ҳуҷайраҳои Вороной (хатҳои рост) тақсимоти асосии ғайри Гауссиро нигоҳ дошта наметавонанд.
Биомассаи ҳафт гурӯҳи функсионалии планктонҳо ва чаҳор флюси ғизоӣ вектори 11-ченакаро ташкил медиҳанд.Аз ин рӯ, x майдони векторӣ дар шабакаи моделӣ мебошад, ки дар он ҳар як унсури xi вектори 11-ченакаеро, ки дар шабакаи уфуқии модел муайян шудааст, ифода мекунад.Ҳар як шохис ман ба таври кофӣ муайян кардани нуқтаи шабакаро дар соҳа, ки (LAK, лот) = (φi, θi).Агар биомассаи воҳиди шабакаи моделӣ аз 1,2×10-3мг Chl/m3 камтар бошад ё сатҳи фарогирии ях аз 70% зиёд бошад, сабти маълумоти биомасса истифода мешавад ва партофта мешавад.Маълумот нормализатсия ва стандартизатсия карда шудааст, бинобар ин ҳама маълумот дар доираи [0 то 1] мебошанд, миёна хориҷ карда мешавад ва ба фарқияти воҳид миқёс карда мешавад.Ин барои он анҷом дода мешавад, ки хусусиятҳо (биомасса ва ҷараёни маводи ғизоӣ) бо муқоиса дар доираи арзишҳои имконпазир маҳдуд нашаванд.Кластер бояд муносибати тағиротро аз масофаи калидии эҳтимолияти байни хусусиятҳо, на масофаи ҷуғрофӣ ба даст орад.Бо миқдори ин масофаҳо, хусусиятҳои муҳим пайдо мешаванд, дар ҳоле ки тафсилоти нолозим партофта мешаванд.Аз нуқтаи назари экологӣ, ин зарур аст, зеро баъзе намудҳои фитопланктон бо биомассаи кам метавонанд таъсири бештари биогеохимикӣ дошта бошанд, масалан, аз ҷониби бактерияҳои диазотрофӣ нигоҳ доштани нитроген.Ҳангоми стандартизатсия ва ба эътидол овардани маълумот, ин намуди ковариатҳо таъкид карда мешаванд.
Бо таъкид кардани наздикии хусусиятҳо дар фазои баландандоза дар муаррифии камченака, алгоритми t-SNE барои равшантар кардани минтақаҳои шабеҳи мавҷуда истифода мешавад.Корҳои қаблӣ, ки ба сохтани шабакаҳои амиқи нейронӣ барои барномаҳои зеҳни дурдаст нигаронида шуда буданд, t-SNE-ро истифода мебурданд, ки маҳорати худро дар ҷудо кардани хусусиятҳои калидӣ исбот кард (23).Ин як қадами зарурӣ барои муайян кардани кластеризатсияи устувор дар маълумоти хусусият ҳангоми пешгирӣ аз ҳалли ғайриконвергентӣ (эзоҳ S2) мебошад.Бо истифода аз ядроҳои Gaussian, t-SNE хосиятҳои омории маълумотро тавассути харитаи ҳар як объекти баландҳаҷм ба нуқтаи фазои фазаи 3D нигоҳ медорад ва ба ин васила кафолат медиҳад, ки эҳтимолияти мавҷудияти объектҳои шабеҳ дар самтҳои баланд ва паст дар сатҳи баланд баланд аст. фазои андозагири (24).Бо назардошти маҷмӯи N объектҳои баландандоза x1,…,xN, алгоритми t-SNE бо роҳи кам кардани фарқияти Куллбэк-Лейблер (KL) коҳиш медиҳад (25).Фарқияти KL ченаки он аст, ки тақсимоти эҳтимолият аз тақсимоти эҳтимолии истинод то чӣ андоза фарқ мекунад ва метавонад имкони таносуби байни намояндаҳои камченакаи хусусиятҳои баландченакаро самаранок арзёбӣ кунад.Агар xi объекти i-ум дар фазои N-ченака бошад, xj объекти j-ум дар фазои N-ченака, yi объекти i-ум дар фазои камандоза ва yj объекти j-ум дар фазои хурд бошад. -фазои андоза, пас t -SNE эҳтимолияти шабоҳатро муайян мекунад ppj∣i = exp(-∥xi-xj∥2/2σi2)∑k≠iexp(-∥xi-xk∥2/2σi2) ва барои маҷмӯи коҳиши андозагирӣ q∣j = (1+ ∥ yi-yj∥2)-1∑k≠i(1 +∥yj-yk∥2)-1
Тасвири 2А таъсири кам кардани векторҳои биомасса ва ҷараёни маводи ғизоии комбинатсияи 11-ченака ба 3D-ро нишон медиҳад.Ҳавасмандии истифодаи T-Sne метавонад бо ҳавасмандии таҳлили калони ҷузъи асосӣ муқоиса карда шавад, ки хусусияти фарқиятро барои таъкид кардани минтақа / хусусияти маълумотро истифода мебарад.Муайян карда шуд, ки усули t-SNE аз PCA дар таъмини натиҷаҳои боэътимод ва такроршаванда барои Вазорати Экологӣ бартарӣ дорад (ниг. Эзоҳ S2).Ин метавонад аз сабаби он бошад, ки меъёри orthgogonalaly барои муайян кардани хусусиятҳои интерактивии ғайримуқаррарӣ, зеро PCA ба сохторҳои автоматикии таблиғотӣ тамаркуз намекунад (26).Бо истифода аз маълумоти дурдаст Лунга ва дигарон.(27) нишон медиҳад, ки чӣ тавр истифода бурдани усули SNE барои нишон додани хусусиятҳои мураккаб ва ғайрихаттии спектралӣ, ки аз тақсимоти Гаусс дур мешаванд.
A) Биомасяи моддаҳои моддаҳои моддаҳои хизионӣ, фитоплянктон ва Зороптончтантон аз ҷониби алгоритми ТН-тонна ва рангоранг аз ҷониби вилоят бо истифодаи DBScen.Ҳар як нуқта нуқтаеро дар фазои баландандоза нишон медиҳад, тавре ки дар расми 6В нишон дода шудааст, аксари нуқтаҳо гирифта шудаанд.Нишонҳои андозаи "t-sne" 1, 2 ва 3. (б) Дурнамои ҷуғрофии вилоят, ки DBSCAN оид ба шабакаи лотикаи пайдоиш ёфт, ишора мекунад.Ранг бояд ҳама гуна ранг ҳисобида шавад, аммо бояд ба (A) мувофиқ бошад.
Нуқтаҳои нақшаи парокандаи t-SNE дар расми 2А мутаносибан бо арз ва тулӣ алоқаманданд.Агар ду нуқта дар расми 2a ба ҳам наздиканд, зеро биомасса ва флеорҳои ғизоии онҳо ба ин монанд нестанд, на аз сабаби наздикии ҷуғрофӣ шабеҳ аст.Рангҳо дар расми 2А кластерҳо мебошанд, ки бо усули DBSCAN кашф шудаанд (28).Ҳангоми ҷустуҷӯи мушоҳидаҳои зиччи, Algoritithm DBSCAN масофаро дар намояндагӣ дар байни нуқтаҳои 3D истифода мебарад, ба маводҳо ва усулҳо нигаред 100 хол, лутфан ба боло нигаред).Усули DBSCAN дар бораи шакл ё шумораи кластерҳо дар маълумот, тавре ки дар зер нишон дода шудааст, ҳеҷ гуна тахмин намекунад:
3) Барои ҳамаи нуқтаҳое, ки дар масофаи дохили он муайян шудаанд, қадами 2-ро такроран такрор кунед, то сарҳади кластерро муайян кунед.Агар шумораи нуқтаҳо аз арзиши ҳадди ақали муқарраршуда зиёд бошад, он ҳамчун кластер таъин карда мешавад.
Маълумоте, ки ба ҳадди ақали узви кластер ва метрикаи масофаи ϵ мувофиқат намекунад, "сағв" ҳисобида мешавад ва ранг таъин карда намешавад.DBSCAN як алгоритми зуд ва миқёспазир бо иҷрои O(n2) дар бадтарин ҳолат мебошад.Барои таҳлили ҷорӣ, он воқеан тасодуфӣ нест.Миқдори ҳадди ақали холҳо бо арзёбии коршиносон муайян карда мешавад.Пас аз танзими масофа пас аз он, натиҷа дар доираи ≈±10 кофӣ устувор нест.Ин масофа бо истифода аз пайвастшавӣ (Расми 6А) ва фоизи фарогирии уқёнус (Расми 6В) муқаррар карда мешавад.Пайвастшавӣ ҳамчун шумораи таркибии кластерҳо муайян карда мешавад ва ба параметри ϵ ҳассос аст.Пайвастагии паст нишон медиҳад, ки мувофиқи нокифоя, ба таври сунъӣ гурӯҳбандӣ кардани минтақаҳо.Пайвасти баланд аз ҳад зиёд мувофиқат карданро нишон медиҳад.Истифодаи ҳадди ақали баландтар имконпазир аст, аммо агар ҳадди ақал аз ca зиёд бошад, ба ҳалли боэътимод ноил шудан ғайриимкон аст.135 (Барои тафсилоти бештар ба мавод ва усулҳо нигаред).
115 кластерҳо, ки дар расми 2А муайян шудаанд, дар расми 2В ба рӯи замин бармегарданд.Ҳар як ранг ба омезиши пайвастаи омилҳои биогеохимикӣ ва экологии аз ҷониби DBSCAN муайяншуда мувофиқат мекунад.Пас аз муайян кардани кластерҳо муайян карда мешавад, ки ассотсиатсияи ҳар як нуқта дар расми 2A бо як озодихо ва дарозии махсус истифода мешавад, то кластерҳоро ба минтақаи ҷуғрофӣ баргардонад.Тасвири 2B инро бо ҳамон рангҳои кластерӣ бо расми 2А тасвир мекунад.Инҳо набояд ба монанди монандии экологӣ тафсир карда шаванд, зеро онҳо бо тартиби он, ки гурӯҳҳои алгоритм кашф карда шудаанд.
Майдони дар расми 2В овардашуда метавонад аз ҷиҳати сифат ба минтақаи муқарраршуда дар физикӣ ва/ё биогеохимияи уқёнус монанд бошад.Масалан, кластерхо дар Укёнуси Чанубй минтакаи симметрй буда, гирдоби олиготрофй пайдо мешаванд ва гузариши тез аз таъсири шамолхои савдо шаходат медихад.Масалан, дар экватории укёнуси Ором, минтақаҳои мухталифи марбут ба болоравӣ дида мешаванд.
Бо мақсади фаҳмидани муҳити экологии вилояти Эко, як навъи фарқияти Брай-Кертис (29) барои арзёбии экология дар клогер истифода мешуд.Нишондиҳандаи BC як маълумоти оморӣ мебошад, ки барои муайян кардани фарқияти сохтори ҷомеа байни ду сайти гуногун истифода мешавад.Андозаи BC ба биомассаи 51 намуди фитопланктон ва зоопланктон BCninj = 1-2CninjSni + Snj татбиқ карда мешавад.
BCNINJ ба монандии байни комбинатсияи байни комбинатавӣ, ки дар он cninj арзиши ҳадди аққали биомассае мебошад, ки дар ҳарду комбинатсияи NI ва ғайра мавҷуд аст, ва SNI аз маҷмӯи ҳама биомассаҳо мебошад, ки дар ҳарду комбинатсияи ni ва snj мебошад.Расали БК ба андозае монанд аст, балки дар фазои ғайриқонунии ғайриқонунӣ фаъолият мекунад, ки эҳтимол барои додаҳои экологӣ мувофиқтар аст ва ин тафсири он.
Барои ҳар як кластер, ки дар расми 2B муайян шудааст, шабоҳати МБ-и дохиливилоятӣ ва байниминтақавӣ метавонад арзёбӣ шавад.Фарқияти пеш аз милод дар як вилоят ба фарқияти байни арзиши миёнаи вилоят ва ҳар як нуқтаи музофот дахл дорад.Фарқи байни вилоятҳои пеш аз милод ба монандии байни як вилоят ва дигар вилоятҳо ишора мекунад.Дар расми 3А матритсаи симметрии BC нишон дода шудааст (0, сиёҳ: комилан мувофиқ; 1, сафед: комилан ба ҳам монанд).Ҳар як сатри график намунаи маълумотро нишон медиҳад.Дар расми 3В аҳамияти ҷуғрофии натиҷаҳои BC дар расми 3А барои ҳар як вилоят нишон дода шудааст.Барои вилоят дар минтақаи камғизо ва минтақаи камғизо нишон дода шудааст, ки симметрияи минтақаҳои калон дар атрофи экваторҳо ва уқёнуси Ҳиндустон асосан шабеҳ аст, аммо болоравии сатҳи баландтар аст.
(A) Дараҷаи фарқияти пеш аз милод, ки барои ҳар як музофот дар асоси ба ҳисоби миёна дар сатҳи ҷаҳонии 20-сола, яъне 51 планктон арзёбӣ мешавад.Ба симметрияи интизории арзишҳо диққат диҳед.$B) Проексияи фазоии сутун (ё сатр).Барои як музофот дар доираи дистрофӣ, тақсимоти глобалии ченаки шабоҳати милод арзёбӣ карда шуд ва ба ҳисоби миёна дар 20-солаи ҷаҳонӣ арзёбӣ шуд.Сиёҳ (BC = 0) маънои як минтақаро дорад ва сафед (BC = 1) маънои шабоҳат надорад.
Тасвири 4А фарқияти милодро дар ҳар як вилоят дар расми 2B нишон медиҳад.Бо истифода аз омезиши миёнаи майдони миёнаи кластер ва муайян кардани фарқияти байни милод ва миёнаи ҳар як нуқтаи шабака дар вилоят, он нишон медиҳад, ки усули SAGE метавонад 51 намудро дар асоси шабоҳати экологӣ ҷудо кунад. маълумоти модели.Фарқияти миёнаи умумии кластери BC аз ҳамаи 51 намуд 0,102±0,0049 аст.
(A, B ва D) Тафовути милод дар дохили вилоят ҳамчун фарқияти миёнаи милод байни ҳар як ҷамоаи нуқтаи шабакавӣ ва музофоти миёна арзёбӣ мешавад ва мураккабӣ кам намешавад.(2) Тафовути миёнаи глобалии INTRA-и дохилӣ 0,227 ± 0.117 аст.Ин нишони таснифи таҳкурсии экологӣ мебошад, ки аз ҷониби ин кор пешниҳод шудааст [хати сабз дар (C)].(В) фарқияти миёнаи дохилӣ дар минтақаҳои дохилии дохилӣ: хати сиёҳ фарқияти байналмилалии дохилии минтақаро бо афзоиши мушкилотро ифода мекунад.28 аз 10 такрори раванди мушаххасоти экологӣ меояд.Барои мураккабии умумии музофотҳое, ки DBSCAN кашф кардааст, (A) нишон медиҳад, ки тафовути милод дар вилоят 0,099 аст ва таснифоти мураккабии пешниҳодкардаи (C) 12 аст, ки дар натиҷа фарқияти милод 0,200 дар вилоят аст.чунон ки дар расм нишон дода шудааст.(D).
Дар расми 4B, биомассаи 51 намуди планктон барои ифода кардани фарқияти баробари пеш аз милод дар музофоти Лонгхурст истифода мешавад.Миқдори миёнаи ҳар як вилоят 0,227 аст ва инҳирофи стандартии нуқтаҳои шабака бо истинод ба фарқият дар вилояти милод 0,046 аст.Ин аз кластере, ки дар расми 1В муайян шудааст, калонтар аст.Ба ҷои ин, бо истифода аз маблағи ҳафт гурӯҳи функсионалӣ, фарқияти миёнаи мавсими пеш аз милод дар Лонгхурст то 0,232 афзоиш ёфт.
ММДИ ГУМИИИ ГУБАТҲОИ ҶАМЪИЯТ ҶАҲОНИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИТТИЛООТҲО ВА БОРАИ СОЗИШИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИ ИСТИФОДАИШИ ИСТИФОДАБАРИДАНИ ИСТИФОДАБАРИДАНИнтизор меравад, ки Вазорати экология дар бораи раванди назорати экосистемаи модели ададӣ маълумот диҳад ва ин фаҳмиш ба иктишофи корҳои саҳроӣ кӯмак хоҳад кард.Бо максади ин тадкикот беш аз сад музофотро пурра нишон додан мумкин нест.Қисми оянда усули SAGE-ро муаррифӣ мекунад, ки вилоятҳоро ҷамъбаст мекунад.
Яке аз ҳадафҳои вилоят мусоидат ба фаҳмиши ҷойгиршавӣ ва идоракунии вилоят мебошад.Барои муайян кардани ҳолатҳои фавқулодда, усули дар расми 1В ҷойгир кардани лонаҳои минтақаҳои аз ҷиҳати экологӣ ба ҳам монандро нишон медиҳад.Вилоятҳои экологӣ дар асоси шабоҳати экологӣ гурӯҳбандӣ карда мешаванд ва чунин гурӯҳбандии вилоятҳо AEP номида мешаванд.Дар асоси шумораи умумии музофотҳое, ки бояд баррасӣ шаванд, як "мушкилоти" танзимшавандаро муқаррар кунед.Истилоҳи "мураккабӣ" истифода мешавад, зеро он имкон медиҳад, ки сатҳи атрибутҳои фавқулодда танзим карда шавад.Барои муайян кардани ҷамъбастҳои пурмазмун, фарқияти миёнаи дохилии музофотӣ аз милод 0,227 аз Longhurst ҳамчун нишондиҳанда истифода мешавад.Дар зер аз ин меъёр, вилоятҳои муттаҳидшуда дигар муфид ҳисобида намешаванд.
Тавре ки дар расми 3B нишон дода шудааст, вилоятҳои экологии глобалӣ мувофиқанд.Бо истифода аз фарқиятҳои байниминтақавии милод, дидан мумкин аст, ки баъзе конфигуратсияҳо хеле "умумӣ" мебошанд.Аз усулҳои генетика ва назарияи графикӣ илҳом гирифта, "графикҳои пайвастшуда" барои ҷудо кардани >100 музофот дар асоси вилоятҳое, ки ба онҳо бештар шабоҳат доранд, истифода мешаванд.Метри «Пайвастшавӣ» бо истифодаи фарқияти асосии устувори миллӣ (30).Миқдори музофотҳоеро, ки фазои калонтар барои таснифи> 100 вилоят доранд, метавон дар ин ҷо ҳамчун мураккабӣ номид.AEP маҳсулотест, ки зиёда аз 100 музофотро ҳамчун вилоятҳои беҳтарин / наздиктарин дар экологӣ мегирад.Ҳар як вилояти экологӣ ба музофоти амиқи экологиро, ки ба онҳо бештар монанд аст, таъин карда мешавад.Ин маҷмӯъе, ки фарқияти БК-ро муайян кардааст, ба экологияи ҷаҳонӣ, ба экологияи ҷаҳонӣ мувофиқат мекунад.
Мушкилии интихобшуда метавонад ҳама гуна арзиш аз 1 то мураккабии пурраи расми бошад.2А.Дар мураккабии камтар, AEP метавонад аз сабаби қадами коҳиши андозагирии эҳтимолият (t-SNE) таназзул кунад.Дегенератсия маънои онро дорад, ки вилоятҳои экологӣ метавонанд ба AEP-ҳои гуногун дар байни такрорҳо таъин карда шаванд ва ба ин васила минтақаи ҷуғрофии фаро гирифташударо иваз кунанд.Тасвири 4С паҳншавии фарқиятҳои милодро дар дохили вилоятҳо дар AEP-ҳои мураккабии афзоянда дар 10 татбиқ нишон медиҳад (тасвир дар расми 1В).Дар расми 4С, 2σ (майдони кабуд) ченаки таназзул дар 10 татбиқ аст ва хати сабз нишондиҳандаи Longhurst-ро ифода мекунад.Далелҳо собит карданд, ки мураккабии 12 метавонад фарқияти пеш аз милодро дар музофот дар поён аз меъёри Лонгҳерст дар ҳама татбиқ нигоҳ дорад ва таназзули нисбатан хурди 2σ -ро нигоҳ дорад.Хулоса, ҳадди ақали мушкилии тавсияшуда 12 адад ва фазои миёнаи БК-и минтақа мебошад, ки бо истифодаи 51 намудҳои планка бо истифода аз 51 Plankton, тавре ки дар расми 4D нишон дода шудааст, 9.013 аст.Бо истифода аз ҷамъи ҳафт гурӯҳи функсионалии планктонҳо, фарқияти миёнаи пеш аз милод дар дохили вилоят ба ҷои 0,198±0,004 2σ аст.Муқоисаи байни фарқиятҳои BC, ки бо биомассаи умумии ҳафт гурӯҳи функсионалӣ ё биомассаи ҳамаи 51 намуди планктонҳо ҳисоб карда шудаанд, нишон медиҳад, ки ҳарчанд усули SAGE барои вазъияти 51-ченака татбиқ мешавад, он барои биомассаи умумии ҳафт гурӯҳи функсионалӣ мебошад. Барои таълим.
Вобаста ба ҳадафи ҳама гуна тадқиқот, дараҷаҳои гуногуни мураккабиро метавон баррасӣ кард.Таҳқиқоти минтақавӣ метавонад мураккабии пурраро талаб кунад (яъне, ҳама 115 вилоят).Ҳамчун намуна ва барои равшанӣ, ҳадди ақали мураккабии тавсияшавандаи 12-ро баррасӣ кунед.
Ҳамчун намунаи муфиди усули SAGE, дар ин ҷо 12 AEP бо ҳадди ақали мураккабии 12 барои омӯхтани назорати сохтори ҷомеаи фавқулодда истифода мешаванд.Расми 5 фаҳмишҳои экологиро аз ҷониби AEP гурӯҳбандӣ мекунад (аз A то L): Дар стехиометрияи Редфилд дараҷаи ҷуғрофӣ (Расми 5С), таркиби функсионалии гурӯҳи биомасса (Расми 5А) ва таъминоти маводи ғизоӣ (Расми 5В) аз ҷониби N Zoomed иҷро карда мешавад.Таносуби (N:Si:P:Fe, 1:1:16:16×103) нишон дода шудааст.Барои панели охирин, P ба 16 зарб ва Fe ба 16 × 103 зарб карда мешавад, аз ин рӯ диаграммаи бар ба талаботи ғизоии фитопланктон баробар аст.
Вилоятҳо ба 12 AEPs A то L тасниф шудаанд. (A) Биомасса (mgC/m3) экосистемаҳо дар 12 музофот.$B) Меъёри гардиши моддањои ѓизої аз нитрогени њалшудаи ѓайриорганикї (N), оњан (Fe), фосфат (Р) ва кислотаи кремний (Si) (ммоль/м3 дар як сол).Fe ва P мутаносибан ба 16 ва 16×103 зарб карда мешаванд, то ки тасмаҳо ба талаботи стехиометрияи фитопланктон стандартизатсия карда шаванд.(C) Фарқи байни минтақаҳои қутбӣ, сиклонҳои субтропикӣ ва минтақаҳои асосии мавсимӣ/баромадро қайд кунед.Станцияхои назорат чунин нишон дода шудаанд: 1, СУРАТХО;2, АЛЛОҲ;3, истгоҳи П;ва 4, BATS.
AEP муайяншуда беназир аст.Дар уқёнусҳои Атлантик ва Уқёнуси Ором дар атрофи экватор каме симметрия мавҷуд аст ва дар уқёнуси Ҳинд як минтақаи шабеҳ, вале васеъшуда вуҷуд дорад.Баъзе AEPҳо тарафи ғарбии қитъаро, ки бо баландшавӣ алоқаманданд, фаро мегиранд.Ҷараёни давравии қутби ҷанубӣ ҳамчун хусусияти калони минтақавӣ ҳисобида мешавад.Циклони субтропикӣ як силсилаи мураккаби AEP-и олиготрофӣ мебошад.Дар ин музофотҳо намунаи шиноси фарқиятҳои биомасса байни гирдоби олиготрофии планктон ва минтақаҳои қутби бойи диатомӣ аён аст.
AEP-ҳо бо биомассаи умумии фитопланктонҳои хеле шабеҳ метавонанд сохторҳои гуногуни ҷомеа дошта бошанд ва минтақаҳои гуногуни ҷуғрофӣ, аз қабили D, H ва K, ки биомассаи умумии фитопланктонҳои якхела доранд, фаро гиранд.AEP H асосан дар уқёнуси экватории Ҳинд мавҷуд аст ва бактерияҳои диазотрофӣ бештаранд.AEP D дар якчанд ҳавзаҳо мавҷуд аст, аммо он махсусан дар Уқёнуси Ором дар атрофи минтақаҳои серҳосили атрофи болоравии экваторӣ намоён аст.Шакли ин музофоти Уқёнуси Ором қатори мавҷи сайёраро ба хотир меорад.Дар AEP D диазобактерияҳо каманд ва конусҳо бештаранд.Дар муқоиса бо ду музофоти дигар, AEP k дар баландкӯҳҳои уқёнуси Арктика пайдо мешавад ва бештар diopoms ва interctons зиёд аст.Бояд гуфт, ки микдори планктон дар ин се минтака низ хеле гуногун аст.Дар байни онҳо, фаровонии планттон аз AP k нисбатан паст аст, дар ҳоле ки AEP D ва H нисбатан баланд аст.Аз ин рӯ, сарфи назар аз биомассаи онҳо (ва аз ин рӯ, ба Chl-a монанд), ин вилоятҳо комилан фарқ мекунанд: Санҷиши музофотӣ дар Chl метавонад ин фарқиятҳоро ба даст наорад.
Инчунин маълум аст, ки баъзе AEP-ҳои дорои биомассаи хеле гуногун метавонанд аз ҷиҳати сохтори ҷомеаи фитопланктон монанд бошанд.Масалан, ин дар AEP D ва E намоён аст. Онҳо ба ҳамдигар наздиканд ва дар Уқёнуси Ором, AEP E ба AEPJ хеле самаранок наздик аст.Ба ҳамин монанд, байни биомассаи фитопланктон ва фаровонии зоопланктон робитаи возеҳ вуҷуд надорад.
AEP метавонад аз шартҳои ғизоӣ, ки ба онҳо дода шудааст, фаҳмида шавад (Расми 5B).Диатомҳо танҳо дар он ҷо мавҷуданд, ки миқдори зиёди кислотаи кремний мавҷуд аст.Умуман, ҳар қадаре ки миқдори кислотаи кремний зиёд бошад, биомассаи диатомҳо ҳамон қадар зиёд мешавад.Диатомҳоро дар AEP A, J, K ва L дидан мумкин аст. Таносуби биомассаи диатомӣ нисбат ба дигар фитопланктонҳо аз ҷониби N, P ва Fe, ки нисбат ба талаботи диатом пешбинӣ шудааст, муайян карда мешавад.Масалан, дар AEP L диатомҳо бартарӣ доранд.Дар муқоиса бо дигар маводи ғизоӣ, Si дорои захираи баландтарин аст.Баръакс, сарфи назар аз ҳосилнокии баланд, AEP J камтар диатомҳо ва таъминоти кремний камтар дорад (ҳама ва нисбат ба дигар маводи ғизоӣ).
Бактерияҳои диазония қобилияти ислоҳ кардани нитроген доранд, аммо оҳиста афзоиш меёбанд (31).Онҳо бо дигар фитопланктонҳо, ки оҳан ва фосфор нисбат ба талабот ба маводи ғизоии ғайридиазоний аз ҳад зиёданд (20, 21).Қобили зикр аст, ки биомассаи диазотрофӣ нисбатан баланд аст ва таъминоти Fe ва P нисбат ба таъминоти N нисбатан зиёд аст. Ба ин тартиб, гарчанде ки биомассаи умумӣ дар AEP J зиёдтар аст, биомассаи диазоний дар AEP H калонтар аз он дар J. Лутфан таваҷҷӯҳ намоед, ки AEP J ва H аз ҷиҳати ҷуғрофӣ хеле фарқ мекунанд, ва H дар экватории уқёнуси Ҳинд ҷойгир аст.
Агар сохтори беназири экосистема ба вилоятҳо тақсим нашавад, фаҳмишҳое, ки аз моделҳои мураккабтарини 12 AEP гирифта шудаанд, он қадар равшан нахоҳанд буд.AEP-и аз ҷониби SAGE тавлидшуда ба муқоисаи ҳамоҳанг ва ҳамзамон иттилооти мураккаб ва баландандоза аз моделҳои экосистема мусоидат мекунад.AEP ба таври муассир таъкид мекунад, ки чаро Chl усули хуб ва алтернативӣ барои муайян кардани сохтори ҷомеа ё фаровонии зоопланктон дар сатҳи баланди ғизо нест.Таҳлили муфассали мавзӯъҳои тадқиқоти ҷорӣ аз доираи ин мақола берун аст.Усули SAGE роҳи омӯхтани механизмҳои дигари моделро фароҳам меорад, ки идора кардан нисбат ба дидани нуқта ба нуқта осонтар аст.
Усули Sage пешниҳод карда мешавад, ки дар муайян кардани маълумоти шадиди экологӣ аз моделҳои калони ҷисмонӣ / биосехемикӣ / экосистема.Вилояти Экологии гурӯҳҳои умумии гурӯҳҳои функсионалии салиб-планка муайян карда мешавад, ки истифодаи dbs усули бебаҳои бебаҳо ва кластер бо истифодаи усули бебаҳо.Фарқи байниҳамдигарии ББ / НАЗОРАТҲОИШАИ ТАВАЛЛУДИ НАЗОРАТҲО БАРОИ ИСТИФОДАИ ОМӮЗИШИ СОЛАТҲО ЭЗОҲИ ХИЗМАТРАСОНИИ ИСТИФОДАИ ОМУМДар робита ба сохтмон, Вилояти Эксмуну беназир беназиранд.Дар байни мушкилиҳои пурраи вилояти экологӣ ва ҳадди аққали тавсияшудаи 12 адад ситонида мешавад.Ҷойгиркунӣ ва муайян кардани ҳадди ақали мураккабии AEP ҳамчун қадамҳои асосӣ ҳисобида мешаванд, зеро эҳтимолияти t-SNE AEP-ҳои мураккабии <12-ро таназзул мекунад.Усули Sage глобалӣ аст ва мушкилии он аз> 100 тахрибӣ аз> 100 тахрибӣ аз> 100 тахрибӣ аст, диққати ҷорӣ ба мураккаби 12 асои ҷаҳонӣ аст.Тадқиқоти оянда, махсусан таҳқиқоти минтақавӣ, метавонад зербахшҳои хурдтари фазоии минтақаҳои экологии ҷаҳониро муфид гардонад ва мумкин аст дар як минтақаи хурдтар ҷамъоварӣ карда шавад, то аз ҳамон фаҳмишҳои экологии дар ин ҷо муҳокимашуда истифода баранд.Он пешниҳодҳоро дар бораи он, ки чӣ гуна ин вилоятҳои экологӣ ва фаҳмишҳое, ки аз онҳо гирифта шудаанд, метавонанд барои фаҳмиши минбаъдаи экологӣ, осон кардани муқоисаи моделҳо ва эҳтимолан беҳтар кардани мониторинги экосистемаҳои баҳрӣ истифода шаванд.
Вилояти экологӣ ва AEP бо усули SAGE муайяншуда ба маълумоти модели ададӣ асос ёфтааст.Мувофиқи таъриф, модели ададӣ сохтори соддашудаест, ки кӯшиш мекунад моҳияти системаи ҳадафро дарбар гирад ва моделҳои гуногун тақсимоти гуногуни планктон доранд.Модели ададӣ, ки дар ин таҳқиқот истифода шудааст, баъзе намунаҳои мушоҳидашударо пурра гирифта наметавонад (масалан, дар ҳисобҳои Chl барои минтақаи экваторӣ ва Уқёнуси Ҷанубӣ).Танҳо як қисми ками гуногунии уқёнуси воқеӣ гирифта мешавад ва мезо ва суб-мезошкалаҳоро ҳал кардан мумкин нест, ки метавонад ба ҷараёни маводи ғизоӣ ва сохтори миқёси хурдтари ҷомеа таъсир расонад.Бо вуҷуди ин камбудиҳо, маълум мешавад, ки AEP дар кӯмак ба фаҳмидани моделҳои мураккаб хеле муфид аст.Бо баҳодиҳии минтақаҳои экологии экологӣ ёфт шудааст, ки AEP воситаи муқовимати муқоисавии муқоисавии намунавии намунаҳои мӯҳтарам мебошад.Модели ададии кунунӣ намунаи умумии консентратсияи фитопланктонҳои аз фосилавӣ муайянкунии Chl-a ва тақсимоти андоза ва гурӯҳи функсионалии планктонҳоро инъикос мекунад (Эзоҳ S1 ва Расми S1) (2, 32).
Чӣ тавре ки аз ҷониби 0.1 mgchl-a / m-3 нишон дода шудааст Чл-а олй вокеъ гардидааст.AEP як мукотиба бо Лонггурур (расми S3A), масалан, уқёнуси Ҷанубӣ ва ҳавзаи Уқёнуси Ором.Дар баъзе минтақаҳо, наъфт дар ночиз минтақаҳои наврасро фаро мегирад ва баръакс.Азбаски нияти ҷудо кардани музофотҳо дар ин соҳа ва Longhurst гуногун аст, интизор меравад, ки вуҷуд дорад.АПД-ҳо дар вилояти Лонгурум нишон медиҳанд, ки баъзе минтақаҳои шабеҳи биоохимохо метавонанд сохторҳои хеле гуногун дошта бошанд.AEP ба давлатҳои ҷисмониро, ки истифодаи омӯзиши бепоёнро нишон медиҳад, (19), ба монанди нишоннамои омӯзиши бебозгашт (масалан, уқёнуси Ҷанубӣ ва Уқёнуси Ором аст; расми S3, C ва г).Ин паёмбарон нишон медиҳанд, ки сохтори ҷомеаи Плюктон сахт ба динамикаи уқёнус сахт таъсир мекунад.Дар минтақаҳо, ба монанди Атлантикаи Шимолӣ, AEP саҳроҳои ҷисмониро мегузарад.Механизме, ки боиси ин фарқиятҳо мегардад, метавонад равандҳои монанди хокро дар бар гирад, ки метавонанд барномаҳои гуногуни ғизоро ҳатто дар шароити шабеҳи ҷисмонӣ комилан тағйир диҳад.
Вазорати экология ва AEP қайд карданд, ки танҳо бо истифода аз Chl ҷузъҳои экологиро муайян карда наметавонад, зеро ҷомеаи экологии баҳр аллакай дарк кардааст.Ин дар AEPs бо биомассаи шабеҳ, вале таркиби экологӣ ба таври назаррас фарқ мекунад (ба монанди D ва E).Баръакси ин, AEPs ба монанди D ва K дорои биомассаи хеле гуногун, вале таркиби экологии якхела доранд.AEP таъкид мекунад, ки робитаи байни биомасса, таркиби экологӣ ва фаровонии зоопланктон мураккаб аст.Масалан, вақте ки AEP j аз биомассҳои Фитоплонктон ва Plankton ва Plankton Biplass, AEP-ҳо A ва л медарояд.AEP таъкид мекунад, ки биомассаи фитопланктон (ё Chl) наметавонад барои пешгӯии биомассаи зоопланктон истифода шавад.Зоопланктон асоси занҷири ғизои моҳидорӣ мебошад ва ҳисобҳои дақиқтар метавонанд ба идоракунии беҳтари захираҳо оварда расонанд.Метеллҳои ранги оянда дар марин дар оянда [Масалан, питер (Планктон, Aerosol, абр ва экосистемаҳои экосистема] метавонанд барои кӯмак расонидан ба сохтори ҷамоаи фитоплянктон ҷойгир бошанд.Истифодаи пешгӯии AEP метавонад эҳтимолан баҳодиҳии зоопланктонро аз кайҳон осон кунад.Усулҳои ба монанди Sage, ки барои технологияҳои нав дастрасанд, ва бештари ва бештари ва бештари ва бештартари ва таҳқиқоти минбаъда доранд, ки якҷоя ба мониторинги моҳвора асос ёфтааст.
Усули Sage як роҳи қулай барои арзёбии баъзе механизмҳое мебошад, ки хусусиятҳои собит, ба монанди биомасса / CHL, истеҳсолоти софи Un ва сохтори ҷомеа таъмин карда мешавад.Масалан, миқдори нисбии diatoms аз ҳисоби номутаносибӣ дар таҳвили Си, n, ва нисбат ба талаботи Shytoplanktonticetrianttetricetrictsicect.Бо суръати мутавозини таъминот, дар ҷомеа диатомҳо бартарӣ доранд (L).Вақте ки меъёри таъминот ноаён аст (яъне, пешниҳоди кремингон аз талаботи ғизоӣ аз талаботи ғизоӣ пасттар аст), Ҳисоби DOTOM танҳо ҳиссаи хурди (к) пасттар аст.Вақте, ки таъминоти Fe ва P аз таъминоти N (масалан, E ва H) зиёд мешавад, бактерияҳои диазотрофӣ бо шиддат афзоиш меёбанд.Тавассути контексти аз ҷониби AEP пешниҳодшуда, таҳқиқи механизмҳои назорат муфидтар хоҳад шуд.
Эко-вилоят ва AEP минтақаҳое мебошанд, ки сохторҳои якхелаи ҷомеа доранд.Силсилаи вақт аз макони муайян дар вилояти экологӣ ё AP-ҳо метавонад ҳамчун нуқтаи истинод ҳисоб карда шавад ва ҳудуди вилояти экологӣ ё AP-ро муаррифӣ кунад.Станцияхои назорати дар махалхо муддати дароз чунин силсилаи вактхоро таъмин мекунанд.Маҷмӯи маълумоти дарозмуддат дар ин ҷо нақши бебаҳо мебозад.Аз нуқтаи назари мониторинги сохтори ҷомеа, усули Sage метавонад ҳамчун роҳи кӯмак ба муайян кардани макони муфидтарини сайтҳои нав дидан мумкин аст.Масалан, силсилаи вақт аз арзёбии зисти дарозмуддати Олботрафӣ (Алоха) дар Алексбанди минтақаи Олигрофӣ (Расми 5C, нишона) аст.Барои он ки Алохо ба сарҳади як ҷазои дигар наздик аст, силсилаи вақт наметавонад намояндаи тамоми минтақа набошад, тавре ки қаблан пешниҳод шудааст (33).Дар ҳамон аEEE B, ҷойгоҳҳои вақтдорон AEPB.Силсилаи Bats (Bermua Antantant Team Sealthip) Силсилаи вақт (Расми 5C, нишона) дар APC хеле наздик аст, ки мониторинги силсилаи вақтҳо метавонад бевосита ба воситаи силсилавӣ бошад.Истгоҳи P дар AEP J (Расми 5C, нишони 3) аз сарҳади AEP дур аст, бинобар ин он бештар намояндагӣ мекунад.Вилояти Эко-СОМЗ ва АКСАССАД БАРОИ САРЗАНДИДЕНТИ МЕХТАРИҲО БАРОИ БАЪДИДАНИ ТАЗИБОТҲОИ ГУРӮҲИ МЕГӮЯД, зеро вилоятҳо барои арзёбии он ки қимати дар маҳалли дар ҷойнишин фаҳмиши худро пешниҳод карда метавонад.Усули SAGE метавонад минбаъд таҳия карда шавад, то дар маълумоти иқлим истифода шавад, то тағирёбии вақтро сарфа кунад.
Муваффақияти усули SAGE тавассути истифодаи дақиқи усулҳои илмҳои иттилоотӣ / ML ва донишҳои мушаххаси домен ба даст оварда мешавад.Махсусан, t-sne барои иҷрои миқёси андозсупорӣ истифода мешавад, ки сохтори таблиғи маълумоти баландсифатро ҳифз мекунад ва визуализатсияи топологияи суҳбатро таъмин мекунад.Маълумотҳо дар шакли рахҳо ва чораҳои 2а) ташкил карда мешаванд (расми 2A), ки дар шакли сунъӣ асос ёфтааст (ба монанди k-воситаҳои тақсимоти GAUSSION (DASSING), зеро онҳо як гауссонӣ (даврӣ) тақсимоти ИМА (дар қайдҳои S2) истифода мебаранд. .Усули DBSCAN барои ҳама гуна топологияи ковариансӣ мувофиқ аст.То он даме, ки шумо ба таъин кардани параметрҳо диққат медиҳед, муайянкунии боэътимод метавонад таъмин карда шавад.Арзиши ҳисоббарории алгоритми T-Sne баланд аст, ки аризаи ҷории худро ба миқдори бештари маълумот маҳдуд мекунад, ки ин маънои онро дорад, ки ба майдонҳои амиқ ё вақт ё вақт истифода бурдан душвор аст.Кор оид ба миқёспазирии t-SNE идома дорад.Азбаски KL масофа аст, ки мувозинатро осон мекунад, алгоритми T-Sne дорои потенсиали хуб барои тавсеа дар оянда (35).То кунун усулҳои дигари паст кардани миқёсии тамғагузорӣ, ки онҳоро беҳтар дар бар мегиранд, тахмин ва назорати муттаҳидшудаи минолот (UMAP) -и митут (UMAP), аммо баҳодиҳӣ дар контексти маълумоти уқёнус заруранд.Масалан, маънои густариши беҳтар аст, масалан, таснифоти глобалӣ ё моделҳои умумиқ бо мураккабии гуногун дар қабати омехта.Минтақаҳое, ки аз ҷониби Sage Sectified шудаанд, дар ҳама гуна вилоятҳо метавонанд ҳамчун нуқтаҳои боқимонда сиёҳ дар расми 2a ҳисоб карда шаванд.Ҷуғрофӣ асосан дар минтақаҳои баланд мавсимӣ мебошанд, ки пешниҳод мекунанд, ки аз гирифтани музофоти экологӣ, ки бо мурури замон тағир меёбанд, фаро мегирад.
Бо мақсади сохтани усули қаър, ғояҳои системаҳои мураккаб истифода бурда шуданд, бо истифода аз қобилияти муайян кардани кластерҳои гурӯҳҳои функсионалӣ истифода шудааст (имкони наздик будан дар фазои 11-андоза) ва вилоятҳо муайян карда шудааст.Ин вилоятҳо ҳаҷми мушаххасро дар фазои марҳилаи 3D t-SNE мо тасвир мекунанд.Ба ин монанд, қисматҳои Пошнӣ метавонанд барои арзёбии "ҳаҷми" фазои давлатӣ, ки траекторияи "муқаррарӣ ё" бетартибӣ "ё" бетартибӣ "ё" бетартибӣ "-ро муайян кардан мумкин аст (36).Барои баромади замимаи статистика 11 ҳаҷми садама пас аз он, ки баъд аз маълумот ба фазои 3D табдил дода мешавад, метавонад ба ин монанд шарҳ диҳад.Муносибати байни минтақаи ҷуғрофӣ ва минтақа дар фазои 3D-и марҳилаи 3D оддӣ нест, аммо он метавонад аз нуқтаи назари экологии экологӣ шарҳ дода шавад.Аз ин сабаб, чораҳои анъанавии анъанавии анъанавии анъанавӣ бартарӣ доранд.
Корҳои оянда усули SAGE-ро барои ба таври мавсимӣ тағир додани маълумот барои арзёбии тағирёбии фазоии музофотҳои муайяншуда ва AEP истифода хоҳанд бурд.Ҳадафи оянда истифодаи ин метод барои муайян кардани кадом минтақаҳо тавассути андозагирии моҳвора (масалан, инъикоси ҳассосияти дурдаст ва ҳарорати сатҳи баҳр) иборат аст.Ин имкон медиҳад, ки баҳодиҳии фосилавии ҷузъҳои экологӣ ва мониторинги хеле чандири минтақаҳои экологӣ ва тағирёбии онҳо имконпазир гардад.
Мақсади ин тадқиқот ҷорӣ намудани усули SAGE мебошад, ки як вилояти экологиро тавассути сохтори беназири ҷомеаи планктон муайян мекунад.Дар ин ҷо маълумоти муфассал дар бораи модели физикӣ/биогеохимиявӣ/экосистема ва интихоби параметрҳои алгоритмҳои t-SNE ва DBSCAN дода мешавад.
Ҷузъҳои физикӣ аз модел аз баҳодиҳии гардиши уқёнус ва иқлими [ECCOV4;(37) Арзиши глобалии давлатӣ, ки аз ҷониби (38) тавсиф шудааст.Ҳаҷми номиналии баҳодиҳии давлатӣ 1/5 аст.Усули хурдтарин квадратҳо бо усули мултипликатори Лагранҷ барои ба даст овардани шароити ибтидоӣ ва сарҳадӣ ва параметрҳои модели дохилии тавассути мушоҳида танзимшуда истифода мешавад ва ба ин васила модели озоди даври умумии MIT (MITgcm) (39) тавлид мешавад, модели Пас аз оптимизатсия, натиҷаҳо метавонанд пайгирӣ ва мушоҳида карда шавад.
Дар (2) биогеохимия/экосистема тавсифи мукаммалтар (яъне муодилаҳо ва арзишҳои параметрҳо) дорад.Модел гардиши C, N, P, Si ва Fe тавассути ҳавзҳои ғайриорганикӣ ва органикиро сабт мекунад.Нусхаи ин ҷо 35 намуди Фитоплянтҳоро истифода мебаранд: 2 намуди диаграммаҳои хурд (бо қабати камғувон), 5 намуди диазононҳо (бо carizone мувофиқ), 5 намуди диазонум (метавонад нитрогенро ислоҳ кунед) Маҳдудияти) нитрогени дохилии гудозанда), 11 допом (ташаккули парчами Sillicous), 10 макони омехта (метавонад фото виддектор) ва 16 зооплянктон (чашмонаш) ва бихӯрад.Инҳо "Гурӯҳҳои функетемикӣ" номида шудаанд, зеро онҳо ба таъсири маринехникемемияшон таъсир мерасонанд (40, 41) ва аксар вақт дар таҳқиқот ва омӯзиши модел истифода мешаванд.Дар ин модел, ҳар як гурӯҳи функсионалӣ аз якчанд лавҳаҳои андозаҳои гуногун иборат аст, бо як носе аз 0,6 то 2500 мкя диаметри мувофиқ.
Параметрҳое, ки ба афзоиши фитопланктонҳо, чарогоҳҳо ва ғарқшавӣ таъсир мерасонанд, ба андоза алоқаманданд ва байни шаш гурӯҳи функсионалии фитопланктон фарқиятҳои мушаххас мавҷуданд (32).Сарфи назар аз чаҳорчӯбаҳои гуногуни физикӣ, натиҷаҳои 51 ҷузъҳои планктонии модел дар як қатор тадқиқотҳои охирин истифода шудаанд (42-44).
Аз соли 1992 то 2011, модели пайвасти физикӣ/биогеохимиявӣ/экосистема барои 20 сол кор мекард.Натиҷаи модели биомассаи планктон, консентратсияи маводи ғизоӣ ва суръати таъминоти маводи ғизоӣ (DIN, PO4, Si ва Fe) иборат аст.Дар ин тањќиќот њисоби миёнаи 20-солаи ин натиљањо њамчун сањми вилояти экологї истифода шудааст.Chl, тақсимоти биомассаи планктон ва консентратсияи маводи ғизоӣ ва тақсимоти гурӯҳҳои функсионалӣ бо мушоҳидаҳои моҳвораӣ ва дар ин ҷо муқоиса карда мешаванд [ниг. (2, 44), Эзоҳ S1 ва расм.S1 то S3].
Барои усули SAGE, манбаи асосии тасодуфӣ аз қадами t-SNE меояд.Тасодуфӣ ба такроршавӣ халал мерасонад, ки ин маънои онро дорад, ки натиҷаҳо эътимоднок нестанд.Усули SAGE устувориро бо роҳи муайян кардани маҷмӯи параметрҳои t-SNE ва DBSCAN, ки метавонад пайваста кластерҳоро ҳангоми такрор муайян кунад, бодиққат месанҷад.Муайян кардани "мушкилот" -и параметри t-SNE-ро метавон ҳамчун муайян кардани дараҷае, ки харитасозӣ аз андозаҳои баланд то паст бояд ба хусусиятҳои маҳаллӣ ё глобалии маълумот эҳтиром кунад, фаҳмидан мумкин аст.Ба нофаҳмиҳои 400 ва 300 такрорӣ расид.
Барои алгоритми кластеризатсияи DBSCAN, андозаи ҳадди ақал ва метрикаи масофаи нуқтаҳои маълумот дар кластер бояд муайян карда шавад.Шумораи камтарини онхо бо рохбарии мутахассисон муайян карда мешавад.Ин дониш медонад, ки чӣ ба чаҳорчӯбаи моделсозии ададӣ ва ҳалли ҷорӣ мувофиқат мекунад.Шумораи ҳадди ақал 100 аст. Қимати ҳадди ақали баландтар (камтар аз <135 пеш аз васеъ шудани лимити болоии сабз) метавонад баррасӣ шавад, аммо он усули ҷамъбандиро дар асоси номусоидии BC иваз карда наметавонад.Дараҷаи пайвастшавӣ (расми 6А) барои муқаррар кардани параметри ϵ истифода мешавад, ки барои фарогирии баландтар мусоидат мекунад (расми 6В).Пайвастшавӣ ҳамчун шумораи таркибии кластерҳо муайян карда мешавад ва ба параметри ϵ ҳассос аст.Пайвастагии паст нишон медиҳад, ки мувофиқи нокифоя, ба таври сунъӣ гурӯҳбандӣ кардани минтақаҳо.Пайвасти баланд аз ҳад зиёд мувофиқат карданро нишон медиҳад.Аз ҳад зиёд мувофиқат кардан низ мушкил аст, зеро он нишон медиҳад, ки тахминҳои тасодуфии ибтидоӣ метавонанд ба натиҷаҳои такрорнашаванда оварда расонанд.Байни ин ду ифрот афзоиши якбора (одатан “оринҷ” номида мешавад) беҳтарин ϵ-ро нишон медиҳад.Дар расми 6А шумо афзоиши якбораи майдони платоро мебинед (зард,> 200 кластер), пас аз он коҳиши якбора (сабз, 100 кластер), то тақрибан 130, дар иҳотаи хеле ками кластерҳо (кабуд, <60 кластер) ).Дар ҳадди аққал дар 100 минтақаи кабуд, ё як кластер дар тамоми уқёнус бартарӣ дорад (ϵ <0,42), ё қисми зиёди уқёнусҳо гурӯҳбандӣ карда нашудаанд ва садо (ϵ> 0,99) ҳисобида мешаванд.Минтақаи зард тақсимоти кластерии хеле тағйирёбанда ва такрорнашаванда дорад.Вақте ки ϵ кам мешавад, садо зиёд мешавад.Майдони сабзи тез меафзояд, оринҷ номида мешавад.Ин минтақаи беҳтарин аст.Гарчанде ки эҳтимолияти t-SNE истифода мешавад, фарқияти BC дар дохили вилоят ҳоло ҳам барои муайян кардани кластерсозии боэътимод истифода мешавад.Бо истифода аз расми 6 (А ва В) ϵро ба 0,39 таъин кунед.Чӣ қадаре ки шумораи ҳадди ақал зиёд бошад, эҳтимолияти расидан ба ϵ, ки таснифоти боэътимодро имкон медиҳад, камтар мешавад ва майдони сабз бо арзиши аз 135 зиёдтар аст. Васеъ кардани ин минтақа нишон медиҳад, ки пайдо кардани оринҷ душвортар мешавад ё ғайриимкон аст. мавҷуд аст.
Пас аз муқаррар кардани параметрҳои t-SNE, шумораи умумии кластерҳои ёфтшуда ҳамчун ченаки пайвастшавӣ (A) ва фоизи маълумоти ба кластер ҷудошуда (B) истифода мешавад.Нуқтаи сурх беҳтарин омезиши фарогирӣ ва пайвастро нишон медиҳад.Шумораи минималӣ мувофиқи шумораи ҳадди ақали марбут ба экология муқаррар карда мешавад.
Барои маводи иловагӣ барои ин мақола, лутфан нигаред ба http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/22/eaay4740/DC1
Ин мақолаи дастрасии кушода аст, ки тибқи шартҳои Литсензияи Creative Commons Attribution паҳн шудааст.Мақола имкон медиҳад, ки бидуни маҳдудият истифода, паҳн ва дубора тавлид дар ҳама гуна васоити ахбори омма бо шарти дуруст зикр кардани асари аслӣ.
Эзоҳ: Мо танҳо аз шумо хоҳиш мекунем, ки суроғаи почтаи электронии худро пешниҳод кунед, то шахсе, ки шумо ба саҳифа тавсия медиҳед, бидонад, ки шумо мехоҳед паёми электрониро бубинед ва он спам нест.Мо ягон суроғаи почтаи электрониро забт намекунем.
Ин савол барои санҷидани он, ки оё шумо меҳмон ҳастед ва пешгирии ирсоли спамҳои худкор истифода мешавад.
Вазорати ҷаҳонии экологияи баҳрӣ тасмим гирифтааст, ки мушкилоти мураккабро ҳал кунад ва ML-и беназоратро барои омӯхтани сохторҳои ҷомеа истифода кунад.
Вазорати ҷаҳонии экологияи баҳрӣ тасмим гирифтааст, ки мушкилоти мураккабро ҳал кунад ва ML-и беназоратро барои омӯхтани сохторҳои ҷомеа истифода кунад.
Вақти фиристодан: январ-12-2021