The impact of climate variability on the production of black sea anchovy: A modelling study

Abstract

İklim değişkenliğinin hamsi yumurta ve larva üretimi üzerine ve Karadeniz ekosistemindeki trofik etkileşimlere yaptığı etki, tek boyutlu, jelatinli predatör için parametrizasyonlar içeren birleştirilmiş alçak trofik seviye ve hamsi yaşam döngüsü modeli ile çalışılmıştır. İklim aracılığıyla gelen etkilerin farklı trofik seviyeler boyunca nasıl aktarıldığı ve hamsi populasyonunun çevresel düzensizliklere nasıl tepki verdiği, elli senelik, yıl içi deniz suyu sıcaklığı ve toplam karışım hızı formundaki stokastik iklim değişkenliği zaman serisi kullanılarak incelenmiştir. Model sonuçları, sıcaklık değişkenliği ile hamsi yumurta üretiminin ve içgöç başarısının, ayrıca yüksek derecede lineer olmayan alçak trofik seviyedeki etkileşimlerinin yüksek korrelasyon verdiğini göstermiştir. Üstelik sonuçlar sıcaklık değişiminin, hamsi yumurta üretimi ve larva yaşam oranlarını uzun vadeli olarak kontrol ettiğini de göstermektedir. Buna göre, ortalama yaz sıcaklıklarında 2 °C'lik artışın yumurtlama sezonunun başlangıcını 30 gün öne çektiği ve sıcaklıklarda 2 °C'lik düşüşün ise yumurtlama sezonunun başlangıcını 45 gün kadar ertelediği sonucu ortaya çıkmıştır. İleri analizler, yumurta üretim şiddetinin üzerinde, yumurtlama dönemindeki ortalama sıcaklıkların etkisinin, yumurtlayıcı sayısının yaptığı etkiden daha büyük olduğu önermesini yapmıştır. Yapılan analizler, hamsi yumurta ve larva üretiminde sıcaklığın etkisinin, onun mortaliteyle beraber yumurtlama ve büyüme oranlarını da doğrudan etkilemesi yoluyla ortaya çıktığını, buna karşın, karışmış tabaka derinliklerini modüle etmesi suretiyle de, plankton üretimini ve hamsinin ana besin kaynağı olan zooplanktonun bolluğunu da dolaylı bir şekilde etkilediğini ortaya koymaktadır. Bunlara ilaveten, sıcaklık etkisinin baskın olduğu yüksek trofik seviyede, sıcaklık ve toplam karışım değişkenliğinin kombine etkisi incelendiğinde, toplam karışımın etkisinin sıcaklık etkisini hafifçe bastırdığı ortaya çıkmıştır. Sonuçta, iklim değişkenliği ile hamsi içgöç sayısının kuvvetli bağlantısı, modelin kısa zamanlı hamsi stok tahminleri açısından önemli bir öngörü potensiyeli sunduğunu göstermiştir. Belirli modifikasyonlarla model, balıkçılık yönetimi maksatlarına da hizmet edebilme potansiyeli taşımaktadır.Anahtar Kelimeler: Karadeniz hamsisi, ekosistem modellemesi, çevresel değişkenlik, trofik aktarımlar, hamsi popülasyon dinamikleri

The influence of climate variability on anchovy eggs and larvae production and trophic interactions within the Black Sea ecosystem was studied with a one-dimensional, coupled lower trophic level and anchovy bioenergetics model that includes parameterizations for a gelatinous predator. Stochastic climate variability in the form of fifty-year interannual temperature and total mixing rate time series were used to simulate how climate-mediated effects cascade across different trophic levels and how the anchovy population responds to environmental disturbances. Model results reveal a high correlation of anchovy egg production and recruitment success in response to changes in temperature and complex and highly nonlinear interactions in the lower trophic level. Moreover, results indicated that temperature variation has a significant long-term control over egg production and larval survival rates. Thus, the results indicate that an increase of 2 °C in summer mean temperatures causes egg production to start 30 days earlier, whereas a 2 °C drop in summer mean temperatures causes a 45 days delay in egg production start with respect to baseline conditions. Further analyses suggest that daily temperatures in the spawning season have a stronger control over the intensity of egg production as compared to the amount of available spawners. Although, temperature has a direct effect on anchovy egg and larvae production by influencing mortality as well as production and growth rates, it indirectly influences plankton production by modulating the mixed layer depth, which affects phytoplankton blooms and zooplankton availability, the major food source of anchovy. In addition, the combination of both the temperature and total mixing effects reveals temperature dominance for the higher trophic level, where the temperature effect is slightly diminished by the total mixing effects. In conclusion, the strong linkage between the climate variability and anchovy production and recruitment numbers implies an important prediction potential for the model for short term anchovy stock estimations. With some modifications the model has a potential to serve for fisheries management purposes.Keywords: Black Sea anchovy, ecosystem modeling, environmental variability, trophic cascades, anchovy population dynamics