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Use of the Kalman filter to reconstruct historical trends in productivity of Bristol Bay sockeye salmon (Oncorhynchus nerka)

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Abstract:

Fisheries scientists and managers are concerned about potential long-term, persistent changes in productivity of fish stocks that might result from future climatic changes or other alterations in aquatic systems. However, because of large natural variability and measurement error in fisheries data, such changes are usually difficult to detect until long after they occur. Previous research using numerous Monte Carlo simulation trials showed that a Kalman filter performed better than standard estimation techniques in detecting such trends in a timely manner. Therefore, we used historical data along with a Kalman filter that included a time-varying Ricker a parameter to reconstruct changes in productivity (recruits per spawner at a given spawner abundance) of eight Bristol Bay, Alaska, sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) stocks over the past 40 years. Productivity generally increased for most stocks but varied widely for others and dramatically decreased in another. Such large changes in productivity are important for management. They greatly affected optimal spawner abundances and optimal exploitation rates, suggesting that in the future, scientists should consider using models with time-varying productivity parameters.

Les biologistes et les gestionnaires des pêches se préoccupent des changements potentiels permanents et à long terme dans la productivité des stocks de poissons qui peuvent résulter des changements climatiques futurs ou d'autres modifications des systèmes aquatiques. Cependant, à cause de la forte variabilité naturelle et des erreurs de mesure dans les données sur les pêches, de tels changements sont difficiles à déceler et souvent ne le sont que longtemps après leur apparition. Des travaux antérieurs qui ont utilisé de nombreux essais de simulations de Monte Carlo ont montré qu'un filtre de Kalman permettait de reconnaître ces changements plus efficacement et dans un intervalle de temps plus court que les méthodes habituelles d'estimation. Nous utilisons donc des données du passé avec un filtre de Kalman qui comprend un paramètre a de Ricker variable dans le temps pour représenter les changements dans la productivité (nombre de recrues par reproducteur à une abondance donnée de reproducteurs) de huit stocks de saumons rouges (Oncorhynchus nerka) de la baie de Bristol, en Alaska, au cours des 40 dernières années. En général, la productivité augmente chez la plupart des stocks, elle est très variable chez d'autres et elle connaît une chute spectaculaire chez l'un d'eux. Des changements d'une telle importance dans la productivité sont d'un grand intérêt pour les gestionnaires. Ils affectent l'abondance optimale des reproducteurs et le taux optimal d'exploitation, ce qui fait croire que, dans l'avenir, les biologistes devraient envisager l'utilisation de modèles où figurent des paramètres de productivité variables dans le temps.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2003

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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nrc/cjfas/2003/00000060/00000007/art00005
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