Описание регрессионных моделей для прогнозирования динамики численности горбуши Камчатского края на основе климато-океанологических и популяционно-генетических данных

Представлены различные варианты регрессионных моделей для прогнозирования численности запасов (подход, возврат) горбуши Камчатского края. Исследованиями охвачен период наблюдений 1990–2023 гг. Проведенный анализ позволил определить наиболее подходящие и доступные климато-океанологические факторы, которые могут быть использованы в качестве предикторов для прогнозирования возвратов горбуши, — индекс Тихоокеанской декадной осцилляции (PDO), Западно-Тихоокеанский циклонический индекс (WP), индекс Арктической осцилляции (AO), аномалии температуры поверхности океана (aSST). На основе выявленных статистических закономерностей построены модели типа «запас–пополнение» с учетом климато-океанологических данных, позволяющие оценить потенциальную численность возвратов горбуши северо-восточной и западной Камчатки. Рассмотрены методы прогнозирования численности горбуши с использованием моделей «учет в море — возврат». Исходной информацией для моделирования связей послужили материалы осенних учетных траловых съемок ТИНРО в Беринговом и Охотском морях. Ряд наблюдений охватывает период 2012–2023 гг. Для определения численности западнокамчатской горбуши в бассейне Охотского моря использовали результаты генетической идентификации регионального состава молоди в смешанных траловых уловах. Все представленные модели имели достаточно высокий уровень коэффициентов детерминации. Однако для практического прогнозирования численности запасов горбуши Камчатского края необходимо применять несколько более простых моделей, чтобы определить общий тренд динамики полученных оценок, по причине недостаточно обобщающей способности полных моделей.

1. Бабаян В.К., Бобырев А.Е., Булгакова Т.И. и др. Методические рекомендации по оценке запасов приоритетных видов водных биологических ресурсов. — М. : ВНИРО, 2018. — 312 с.

2. Бирман И.Б. Морской период жизни и вопросы динамики стада тихоокеанских лососей : моногр. — М. : Агропромиздат, 1985. — 208 с.

3. Бугаев А.В., Герлиц А.И. Характеристика нагульных миграций заводской молоди тихоокеанских лососей в бассейне Охотского моря и прилегающих водах Тихого океана в осенне-зимний период (региональная идентификация, численность и распределение уловов, биологические показатели, оценки смертности) // Изв. ТИНРО. — 2023. — Т. 203, вып. 1. — С. 16–45. DOI: 10.26428/1606-9919-2023-203-16-45. EDN: QCEING.

4. Бугаев А.В., Зикунова О.В., Артюхина Н.Б., Шубкин С.В. Аналитический обзор итогов лососевых путин в Камчатском крае в 2018–2022-х гг. (прогнозы, промысел, запасы). Сообщение 2 (нерка, кижуч, чавыча) // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2023а. — Вып. 68. — С. 42–62. doi:10.15853/2072-8212.2023.68.42-62

5. Бугаев А.В., Зикунова О.В., Шпигальская Н.Ю. и др. Аналитический обзор итогов лососевых путин в Камчатском крае в 2018–2022-х гг. (прогнозы, промысел, запасы). Сообщение 1 (горбуша, кета) // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2023б. — Вып. 68. — С. 5–41. DOI: 10.15853/2072-8212.2023.68.5-41.

6. Бугаев А.В., Зикунова О.В., Артюхина Н.Б., Шубкин С.В. Итоги лососевой путины в Камчатском крае в 2023 г. // Бюл. изучения тихоокеанских лососей на Дальнем Востоке. — Владивосток : ТИНРО, 2024. — № 18. — C. 19–41. DOI: 10.26428/losos_bull18-2024-19-41. EDN: CAXNEI.

7. Бугаев А.В., Тепнин О.Б. Оценка влияния некоторых климатических факторов на численность азиатских стад горбуши и кеты // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 166. — С. 67–87.

8. Бугаев А.В., Тепнин О.Б., Шпигальская Н.Ю., Кулик В.В. Бугаев А.В., Тепнин О.Б. Продуктивность тихоокеанских лососей: влияние термических условий вод в период первой зимы в бассейне Северной Пацифики // Тр. ВНИРО. — 2015. — Т. 158. — С. 89–111.

9. Бугаев А.В., Тепнин О.Б., Радченко В.И. Климатическая изменчивость и продуктивность тихоокеанских лососей Дальнего Востока России // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.зап. части Тихого океана. — 2018. — Вып. 49. — С. 5–50. DOI: 10.15853/2072-8212.2018.49.5-50.

10. Бугаев А.В., Фельдман М.Г., Тепнин О.Б., Коваль М.В. Аномалии температуры поверхности воды в западной части Северной Пацифики — потенциальный климатический предиктор прогнозирования тихоокеанских лососей Камчатки // Вопр. рыб-ва. — 2021. — Т. 22, № 4. — С. 46–62. DOI: 10.36038/0234-2774-2021-22-4-46-62.

11. Волвенко И.В. Морфометрические характеристики стандартных биостатистических районов для биоценологических исследований рыболовной зоны России на Дальнем Востоке // Изв. ТИНРО. — 2003. — Т. 132. — С. 27–42.

12. Датский А. В., Кулик В.В., Датская С.А. Динамика обилия массовых промысловых рыб дальневосточных морей и прилегающих районов открытой части Тихого океана и влияющие на неё факторы // Тр. ВНИРО. — 2021. — Т. 186. — С. 31–77. DOI: 10.36038/2307-3497-2021-186-31-77.

13. Ерохин В.Г. Биология молоди тихоокеанских лососей в прикамчатских водах Охотского моря : автореф. дис. ... канд. биол. наук. — Петропавловск-Камчатский : КамчатНИРО, 2002. — 24 с.

14. Ерохин В.Г. Методико-биологические основы морского мониторинга тихоокеанских лососей в научной практике КамчатНИРО // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. —2007. — Вып. 9. — С. 50–78.

15. Ерохин В.Г. Оценка нерестовых возвратов горбуши и нерки западной Камчатки по материалам траловых учетов их молоди в Охотском море // Бюл. № 1 реализации «Концепции дальневосточной бассейновой программы изучения тихоокеанских лососей». — Владивосток : ТИНРО-Центр, 2006. — С. 248–252.

16. Зеленина Д.А., Животовский Л.А., Сошина В.А. и др. Внутривидовая дифференциация азиатской горбуши по данным о последовательности митохондриального гена Cytb // Генетика. — 2022. — Т. 58, № 11. — С. 1280–1291. DOI: 10.31857/S0016675822110145.

17. Карпенко В.И. Ранний морской период жизни тихоокеанских лососей : моногр. — М. : ВНИРО, 1998. — 165 с.

18. Кляшторин Л.Б., Любушин А.А. Циклические изменения климата и рыбопродуктивности : моногр — М. : ВНИРО, 2005. — 235 с.

19. Косицына А.И., Шпигальская Н.Ю., Сергеев А.А. и др. Генетическая идентификация молоди горбуши Oncorhynchus gorbuscha (Walbaum) Охотоморского бассейна по результатам рестрикционного анализа митохондриальной ДНК и анализа однонуклеотидных полиморфизмов // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2022. — Вып. 66. — С. 52–67. DOI: 10.15853/2072-8212.2022.66.52-67.

20. Остроумов А.Г. Опыт применения аэрометодов для оценки заполнения нерестилищ лососями // Лососевое хозяйство Дальнего Востока. — М. : Наука, 1964. — С. 90–99.

21. Остроумов А.Г. Опыт применения аэрометодов учета тихоокеанских лососей в реках Камчатки. — Петропавловск-Камчатский : Книжная редакция «Камчатской правды», 1962. — 41 с.

22. Фельдман М.Г. Использование метода Random Forest в целях прогнозирования подходов горбуши северо-востока Камчатки // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2020. — Вып. 59. — С. 76–96. DOI: 10.15853/2072-8212.2020.59.76-96.

23. Фельдман М.Г., Бугаев А.В. Современные принципы управления запасами горбуши Oncorhynchus gorbuscha Камчатского края (динамика численности, прогнозирование, регулирование промысла) // Вопр. рыб-ва. — 2021. — Т. 22, № 4. — С. 86–95. DOI: 10.36038/0234-2774-2021-22-4-86-95.

24. Фельдман М.Г., Бугаев А.В., Тепнин О.Б. Результаты использования климато-океанологических предикторов для модели случайного леса (Random Forest) в целях прогнозирования динамики численности подходов горбуши Западной Камчатки // Исслед. водн. биол. ресурсов Камчатки и сев.-зап. части Тихого океана. — 2022. — Вып. 65. — С. 42–51. DOI: 10.15853/2072-8212.2022.65.42-51.

25. Фельдман М.Г., Шевляков Е.А. Выживаемость камчатской горбуши как результат совокупного воздействия плотностной регуляции и внешних факторов среды // Изв. ТИНРО. — 2015. — Т. 182. — С. 88–114. DOI: 10.26428/1606-9919-2015-182-88-114.

26. Фельдман М.Г., Шевляков Е.А., Дубынин В.А. Оценка величины, прогноз и управление запасами тихоокеанских лососей в Камчатском крае // Современное состояние и перспективы лососевого хозяйства на Дальнем Востоке России : мат-лы науч. конф. — Южно-Сахалинск : СахНИРО, 2018. — С. 38–48. http://www.sakhniro.ru/userfiles/conference%207-8.11.2017/ materials2017.pdf.

27. Шевляков Е.А., Дедерер Н.А., Островский В.И., Хен Г.В. Термические условия морских прибрежных вод как фактор, благоприятствующий появлению экстравысокочисленных поколений карагинской горбуши // Изв. ТИНРО. — 2024а. — Т. 204, вып. 1. — С. 30–47. DOI: 10.26428/1606-9919-2024-204-30-47. EDN: RVYEMU.

28. Шевляков Е.А., Сомов А.А., Шевляков В.А. и др. Промысел горбуши в Дальневосточном рыбопромысловом бассейне в 2023 г.: предварительные исследования, прогноз, интерпретация итогов путины // Бюл. изучения тихоокеанских лососей на Дальнем Востоке. — Владивосток : ТИНРО, 2024б. — № 18. — C. 97–104. DOI: 10.26428/losos_bull18-2024-97-104. EDN: ESMRWK.

29. Шевляков Е.А., Маслов А.В. Реки, определяющие воспроизводство тихоокеанских лососей на Камчатке, как реперы для оценки заполнения нерестового фонда // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 164. — С. 114–139.

30. Шевляков Е.А., Сомов А.А., Шевляков В.А. и др. Промысел горбуши в Дальневосточном рыбопромысловом бассейне в 2022 г.: предварительные исследования, прогноз, интерпретация итогов путины // Бюл. № 17 изучения тихоокеанских лососей на Дальнем Востоке. — Владивосток : ТИНРО, 2023. — C. 101–109. DOI: 10.26428/losos_bull17-2023-101-109. EDN: SYLHEO.

31. Шпигальская Н.Ю., Брыков В.А., Кухлевский А.Д. и др. Региональная идентификация смешанных морских скоплений молоди горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) на основе изменчивости фрагмента Cytb/D-loop митохондриальной ДНК // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 165. — С. 89–103.

32. Шунтов В.П. Опыт создания новой базы данных биологических ресурсов дальневосточных морей // Вопр. рыб-ва. — 2005. — Т. 6, № 2(22). — С. 172–190.

33. Шунтов В.П., Темных О.С. Тихоокеанские лососи в морских и океанических экосистемах : моногр. — Владивосток : ТИНРО-центр, 2008. — Т. 1. — 481 с.

34. Boggs P.T., Donaldson J.R., Byrd R.H., Schnabel R.B. Algorithm 676: ODRPACK: software for weighted orthogonal distance regression // ACM Trans. Math. Softw. — 1989. —Vol. 15, Iss. 4. — P. 348–364. DOI: 10.1145/76909.76913.

35. Karpenko V.I. Ocean mortality of Northeast Kamchatka pink salmon and influencing factors // NPAFC Bull. — 1998. — № 1. — P. 251–261. https://www.npafc.org/wp-content/uploads/Bulletins/Bulletin-1/page-251-261Karpenko.pdf.

36. Kursa M.B., Rudnicki W.R. Feature Selection with the Boruta Package // J. of Statistical Software. — 2010. — Vol. 36, Iss. 11. — P. 2–12. DOI: 10.18637/jss.v036.i11.

37. Ogle D.H. Introductory Fisheries Analyses with R. — CRC Press : Chapman & Hall/CRC The R Series, 2016. — 304 p.

38. Ricker W.E. Computation and interpretation of biological statistics of fish populations : Bulletin of the Fisheries Research Board of Canada. — Ottawa : Department of the Environment, Fisheries and Marine Service, 1975. — Bull. 191. — 382 p.

39. Ricker W.E. Stock and recruitment // J. Fish. Res. Bd Canada. — 1954. — Vol. 11, № 5. — P. 559–623. DOI: 10.1139/f54-039.

40. Rounsefell G.A. Factors causing decline in sockeye salmon of Karluk River, Alaska // U.S. Fish Wildl. Serv. Fish. Bull. — 1958. — Vol. 58. — P. 83–169. https://spo.nmfs.noaa.gov/sites/default/ files/pdf-content/fish-bull/rounsefell_1.pdf.

41. Varnavskaya N.V., Erokhin V.G., Davydenko V.A. Determining area of origin of pink salmon juveniles on their catadromous migration in the Okhotsk Sea in 1995 using genetic stock identification techniques // NPAFC Bull. — 1998. — № 1. — P. 274–284. https://www.npafc.org/wp-content/uploads/Bulletins/Bulletin-1/page-274-284Varnavskaya.pdf.