مدلسازی سری زمانی صید ماهی سفید دریای خزر (Rutilus frisii) با استفاده از مدل SARIMA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 گروه مهندسی جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

10.48308/envs.2024.1343

چکیده

سابقه و هدف: شناسایی الگوهای زمانی نوسانات میزان صید ماهیان و استفاده از آن‌ها در پیش‌بینی روندهای تغییرات جمعیتی آن‌ها در آینده یکی از ابزارهای کاربردی در مدیریت ذخایر شیلاتی به شمار می‌رود. ماهی سفید (Rutilus frisii) مهمترین گونه اقتصادی ماهیان استخوانی دریای خزر است که از ارزش حفاظتی و تجاری بالایی برخوردار می‌باشد. با این حال، در سال‌های اخیر میزان صید آن روندی کاهشی را نشان داده است. شناخت روندهای زمانی موجود در مقادیر صید این گونه می‌تواند در اتخاذ برنامه‌های مناسب در راستای حفظ ذخایر و بهره‌برداری پایدار از این گونه مؤثر واقع شود. بدین منظور در مطالعه حاضر به مدلسازی سری‌های زمانی صید این گونه در طول یک دوره 10 ساله پرداخته شد.
مواد و روش‌ها: دادهای صید در واحد تلاش صیادی (CPUE) ماهی سفید در بازه زمانی فصول صید 3/2002 تا 12/2011 در صیدگاه‌های پره ساحلی در شمال ایران مورد استفاده قرار گرفت. میانگین متحرک مکانی 5-نقطه‌ای جهت تفکیک نقاط صید در بازه‌های اپتیمم (مقادیر CPUE نرمال شده ≥ 6/0) و غیراپتیمم (مقادیر CPUE نرمال شده < 6/0) به کارگرفته شد. از مدل میانگین متحرک خودهمبسته یکپارچه فصلی (SARIMA) بر مبنای فواصل فصلی 3 ماهه جهت مدلسازی سری‌های زمانی داده‌های صید استفاده گردید. مجموعه‌ای از شاخص‌ها شامل AIC، BIC، RMSE، nRMSE، MAE، nMAE و ضریب همبستگی پیرسون جهت ارزیابی عملکرد مدل‌ها و دقت پیش‌بینی‌های حاصل از آنها مورد استفاده قرار گرفتند. روند تغییرات میزان صید در طول دوره 5 ساله 2013 تا 2017 نیز با استفاده از مدلهای SARIMA با بهترین عملکرد برای بازه‌های صیدگاهی پیش‌بینی شد.
نتایج و بحث: مدل‌های سری زمانی SARIMA برازش یافته بر مبنای داده‌های کل صیدگاه‌ها و داده‌های تفکیک شده برای بازه‌های اپتیمم و غیراپتیمم، فاقد مؤلفه‌های معنی‌دار خودهمبسته و میانگین متحرک برای تغییرات غیرفصلی بودند به طوری که هیچ روند کاهشی یا افزایشی مشخص برای مقادیر CPUE وجود نداشت، در حالی که در برخی از بازه‌های نقاط صید مؤلفه‌های معنی‌دار خودهمبسته و میانگین متحرک در ارتباط با نوسانات فصلی ثابت افزایشی مشاهده شد. روند کلی مقادیر صید در بیشتر بازه‌های صیدگاهی نشان‌دهنده افزایش مقادیر CPUE از سال 2002 تا 2006 و سپس روند کاهشی از سال 2009 تا 2013 بود. تفکیک مکانی نقاط صیدگاهی در قالب بازه‌های اپتیمم و غیراپتیمم، منتج به مدل‌های با قابلیت عملکردی بهتر و شناخت دقیق‌تر مؤلفه‌های تغییرات زمانی CPUE در مقایسه به مدل حاصل از مجموعه کل نقاط صیدگاهی گردید. بیشتر پیش‌بینی‌های حاصل برای دوره زمانی 2013 تا 2017 نیز الگوهای تغییرات ایستایی کلی همراه با روندهای فصلی افزایشی مشابه را نشان دادند.
نتیجه‌گیری: مدلسازی سری‌های زمانی صید ماهی سفید (R. frisii) با استفاده از مدل SARIMA عمدتاً بیانگر وجود الگوهای فصلی افزایشی مشهود و عدم نوسانات کلی در گستره زمانی مورد مطالعه برای تمامی نواحی صیدگاهی بود. سادگی مدل‌های به دست آمده بر اساس مؤلفه‌های فصلی و غیرفصلی، تا حد زیادی ناشی از بازه زمانی کوتاه و تعداد کم مشاهدات بوده است، هر چند تفکیک مکانی نواحی صید به مدل‌هایی نسبتاً دقیق‌تر و قابلیت تشخیص بهتر منتج گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Time series modelling for the Caspian Kutum (Rutilus frisii) catch using SARIMA model

نویسندگان [English]

  • Fateh Moezzi 1
  • Hadi Poorbagher 1
  • Soheil Eagderi 1
  • Jahangir Feghhi 2
1 Department of Fisheries, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Department of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

Introduction: Recognizing temporal trends of fluctuations in fish stocks and using them to predict population changes in the future is one of the practical tools in fisheries stock management. The Caspian Kutum (Rutilus frisii) is the most important bony fish species in the southern Caspian Sea and has high conservation and commercial value. However, there were decreasing trends in its catch levels in the last years. Identifying temporal trends of its catch could help adopt proper plans to maintain the stocks of this important species and achieve sustainable exploitation goals. In the present study, we conducted a time-series analysis for catch data of the species over a decadal period.
Material and methods: The catch data as catch-per-unit-of-effort (CPUE) for the Kutum for catch seasons of 2002/3 to 2011/12 of sein net fishing points over northern coastal regains of Iran were used. A 5-point moving average of CPUE was used to distinguish the fishing points as optimum (with normalized CPUEs ≥ 0/6) and non-optimum (with normalized CPUEs < 0/6) fishing locations. The seasonal autoregressive integrated moving average (SARIMA) model was used to model time series based on seasonal 3-month intervals. The performance and predictive ability of models were assessed using a set of indices, including AIC, BIC, RMSE, nRMSE, MAE, nMAE and the Pearson correlation coefficient (r). CPUE trends over the five years 2013 to 2017 were predicted by applying the best-fitted SARIMA models.
Results and discussion: The fitted SARIMA models based on the whole data of all fishing locations as well as classified optimum and non-optimum ranges of fishing locations did not have significant non-seasonal autoregressive and moving average components, indicating no increasing nor decreasing trends for CPUE over the study period, while for some of the ranges of fishing points, there were significant autoregressive and moving average components with clear seasonal increasing trends. The overall trend of CPUEs showed mainly an increase from 2002 to 2006, and then after relatively constant levels, there were decreases from 2009 to 2013. Using the Classified fishing points as optimum and non-optimum ranges led to SARIMA models with better performance and more detailed identification of CPUE time-series components than to the whole set of fishing points. Most of the obtained predictions for 2013-2017 similarly presented stationary fluctuation trends with apparent seasonal increases in CPUEs.
Conclusion: Time-series modelling for the Kutum (R. frisii) using the SARIMA method mainly indicated clear increasing seasonal trends without any general trend of change over the whole fishing points. The simplicity of the obtained models considering the obtained seasonal and non-seasonal components could be explained by the short time frame and the low number of data points; however, spatial classification of fishing points resulted in more detailed models and higher recognition potential of them.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Catch-per-unit-of-effort
  • Caspian Sea
  • Kutum
  • SARIMA
  • Time-series analysis