Sustainable harvesting of a patchy resource: aggregation mechanisms and implications for stock size estimates (Sea Patches)

Hovedmålet med prosjektet Sea Patches var å bestemme de fysiske og biologiske mekanismene som fører til dannelse av stimer av dyreplankton. I prosjektet har vi funnet en ny måte å lokalisere stimer, ved hjelp av fjernmåling fra satellitt. Dette gir oss et betydelig bedre utgangspunkt for å forstå stimdannelse, da vi nå kan samle inn data på mye større skala og over mye lengre tid enn som har värt mulig så langt, med innsamling fra forskingsfartøy. For dyreplanktonforskning er dette å regne som et stort fremskritt som allerede har forandret vårt syn på planktonets økologi. Også innenfor ocean color remote sensing har disse resultater åpnet for mange nye spørsmal, hovedsaklig relatert til muligheten å se større partikler enn tidligere antatt fra satellitt. For å forstå mekanismene bak stimdannelse har vi utviklet et eksperiment hvor vi målte planktonets vertikalbevegelse. Dette ble så matet inn i en avansert 3D modell av havstrømmene (FVCOM) og de første modellkjøringer viser at dannelse av planktonstimer er avhengig av både planktonets bevegelse og havstrømmenes mønstre. I prosjektet har vi også sett på bestandsstørrelsen av overvintrende raudåte (Calanus finmarchicus), og funnet at bestanden øker som forsinket respons til klimatiske effekter i Nordatlanteren, noe som også påvirker sildebestanden. Prosjektet har utvidet vår forståelse av stimdannelse hos plankton betydelig. Samtidig har vi funnet en ny teknolgiske metode som vil gjør det lettere å øke vår foståelse av planktonets økologi ytterlige, og statistiske metoder for å forutsi bestandssvinginger hos raudåte.

Thanks to the collaborative effort during field work, experimentally and modelling we were able to verify our hypothesis that remote sensing of copepods is possible and greatly enhanced our understanding of zooplankton patch formation. Based on our results it might be possible to obtain numerical abundances of copepods from ocean colour remote sensing in the future. Our combined results will decrease the uncertainty in stock size estimates of harvested copepods and we might also become able to forecast stock size based on large scale climatic forcing. For the ocean colour remote sensing community our results strongly advise a major shift in thinking, large coloured particles are likely to contribute strongly to ocean color signals (absorption and reflection), despite those particles being relatively sparsely distributed (compared to phytoplankton).

The red feed Calanus finmarchicus is a key species in the North Atlantic that transfers primary production to commercially exploited fish species and to marine mammals and seabirds. Recently the Norwegian ministry released a management plan for this copepod based on a stock size of 33 million tons. However, stock size estimates are highly uncertain due to the challenges of sampling a marine species that is patchily distributed over a large geographical area. Recent observations show a high degree of patchiness in the red feed C. finmarchcius, but mechanisms for patch formation in the open ocean are poorly understood and remain a central issue in marine ecology. We thus propose an interdisciplinary project that will locate patches, and delineate physical and behavioural mechanisms responsible for zooplankton patch formation in the ocean. Understanding the extent of patchiness in the distribution of species is of crucial importance when sampling to determine the stock size, and is also transferable to new technologies for revolutionizing harvesting methods for a sustainable management of marine resources. Our approach is: 1) to locate patches of C. finmarchicus in summer based on proven, state-of-the-art methods (laser optical plankton counter, video plankton recorder, fish acoustics) and on novel technology (hyperspectral RAMSES radiometers) that will explore the optical contribution of C. finmarchicus to reflectance signals from satellite, 2) to analyse zooplankton patch structure in detail in order to provide the basic data necessary for stock size estimations, and 3) to delineate physical and biological mechanisms of zooplankton patch formation based on a combination of experiments and physical-biogeochemical behaviour models. Taking such an innovative approach based on contemporary instruments and models we will provide the new fundamental knowledge necessary to develop robust and well-founded models of stock-size estimates of an increasingly harvested species.