Методология оценки запасов тунцов: модель SS3 и график Кобе

Введение

Управление промыслом тунцов в Мировом океане невозможно без надёжной научной оценки состояния запасов. Региональные комиссии по управлению тунцами – IOTC (Индийский океан), ICCAT (Атлантика), WCPFC (Западная и Центральная часть Тихого океана), IATTC (Восточная часть Тихого океана) и CCSBT (Южный голубой тунец) – используют единый стандарт оценки, основанный на модели Stock Synthesis 3 (SS3) и визуализации результатов на графике Кобе.

SS3 была разработана NOAA Fisheries и за более чем десятилетие стала «золотым стандартом» в международной практике оценки рыбных запасов. Сегодня более 100 популяций по всему миру оцениваются с помощью этой модели.

Часть 1. Модель SS3 – общая архитектура

1.1. Что такое SS3

Stock Synthesis (SS3) – это Опмсание структурированная модель популяционной динамики, относящаяся к классу так называемых интегрированных моделей. Это означает, что она одновременно обрабатывает все доступные типы данных – от вылова до мечения – и оценивает состояние популяции как единую согласованную картину.

Модель написана на языке C++, а оценка параметров выполняется с помощью автоматического дифференцирования через программную среду AD Model Builder (ADMB).

1.2. Четыре основных модуля (субмодели)

  • 1. **Популяционная субмодель** – «базовая основа» модели. Имитирует ключевые процессы жизнедеятельности рыбы. Биологические параметры (темп роста, половое созревание, плодовитость, естественная смертность. Темпы пополнения популяции (recruitment) с использованием кривой Бэвертона–Холта. Нагульные и нерестовые миграции. Селективность различных орудий лова тунцов. Параметры естественной и промысловой смертности.
  • 2. **Субмодель Системный сбор данных и наблюдений** – связывает модельные процессы с реальными данными: рассчитывает ожидаемые значения для уловов по возрастам/размерам, индексов CPUE, данных мечения.
  • 3. *Субмодель Методы статистической обработки данных** – определяет соответствие модельных ожиданий реальным данным через функцию правдоподобия, находит наилучшие значения параметров методом максимального правдоподобия с оценкой неопределённости (доверительные интервалы).
  • 4. **Прогностическая субмодель** – использует значения уже полученной модели для прогнозирования будущего состояния запаса (методы аппроксимации) при различных сценариях промысла и расчёта опорных точек управления (MSY, SBmsy, Fmsy).

1.3. Входные данные: четыре обязательных файла

  • - 1 **starter.ss** – Главный управляющий файл. Содержит имена файлов данных и управления, настройки запуска (режим оценки, параметры сходимости).
  • - 2 **data.ss (или .dat)** – Файл данных. Содержит размерность модели (число возрастов, флотов, лет) и все эмпирические данные: вылов по годам и флотам, индексы CPUE, размерный состав уловов, данные мечения.
  • - 3 **control.ss (или .ctl)** – Файл управления. Задаёт структуру параметров модели: начальные значения, границы допустимых значений, фазы оценки.
  • - 4 **forecast.ss** – Файл прогноза. Содержит спецификации для расчёта опорных точек (MSY, SBmsy, Fmsy) и прогнозных сценариев.
Модель SS3 Блок схема
*"Рисунок 1 – Схема взаимосвязи входных файлов SS3"* Схема создана с применением Ai Napkin)

Часть 2. Как получаются и рассчитываются параметры

2.1. Биологические параметры

Крутизна кривой пополнения (steepness, h) – описывает, насколько резко увеличивается пополнение при росте биомассы нерестящегося стада. Этот параметр критически важен для определения устойчивости запаса к промыслу.

Естественная смертность (M) – доля рыбы, гибнущей от естественных причин (хищники, болезни, старость) в единицу времени. Один из самых неопределённых параметров, поэтому в сетке моделей его варьируют в разумных пределах.

Параметры роста – обычно описываются уравнением фон Берталанфи (асимптотическая длина, коэффициент роста, теоретический возраст при нулевой длине).

Возраст созревания и плодовитость – определяют, с какого возраста рыба участвует в нересте и сколько икры производит.

2.2. Промысловые параметры

Селективность орудий лова – описывает, какие возрастные или размерные группы рыбы избирательно вылавливаются каждым типом орудия (например, ярус ловит более крупную рыбу, чем сейнер).

Уловистость (catchability, q) – коэффициент, связывающий реальную численность рыбы с индексом CPUE («улов на усилие»).

Индексы CPUE – стандартизированные временные ряды, показывающие, как менялась относительная численность рыбы во времени. Они получаются из промысловых данных с учётом множества факторов (сезон, район, тип судна и др.).

2.3. Процедура калибровки – сетка моделей

Поскольку многие параметры (особенно M и *h*) точно неизвестны, специалисты запускают не одну, а множество версий модели – так называемую сетку конфигураций (grid of model configurations). В каждом варианте используются множество теоретических ключевых параметров в биологически обоснованных и реальных пределах.

Это позволяет:

  • оценить диапазон возможных состояний запаса;
  • выявить, насколько чувствительны результаты к тем или иным предположениям;
  • представить управленцам не одну «точечную» оценку, а спектр рисков.

Результаты всех прогонов наносятся на график Кобе в виде множества цветных точек – каждая точка соответствует одной модели из сетки.

Часть 3. График Кобе и матрица состояний

3.1. Что такое график Кобе

3.2. Как читать график

Оси графика:

  • Горизонтальная ось – отношение текущей биомассы нерестящегося стада к биомассе при MSY (SB/SBmsy). Значение 1,0 означает, что запас находится на оптимальном уровне.
  • Вертикальная ось – отношение текущей промысловой смертности к смертности при MSY (F/Fmsy). Значение 1,0 означает, что давление промысла оптимально.
  • 🟢 **Зелёный (верхний левый):** SB ≥ SBmsy, F ≤ Fmsy – Запас в хорошем состоянии
  • 🟡 **Жёлтый (нижний левый):** SB < SBmsy, F ≤ Fmsy – Запас переловлен, но восстанавливается
  • 🟡 **Оранжевый (верхний правый):** SB ≥ SBmsy, F > Fmsy – Перелов пока не опасен, но требует снижения
  • 🔴 **Красный (нижний правый):** SB < SBmsy, F > Fmsy – Критическое состояние: запас переловлен и перелов продолжается

3.3. Матрица Кобе

  • - 🟢 **Зелёный:** Запас интенсивно облавливается, но не переловлен + Перелов нет = Устойчивое состояние
  • 🟡 **Жёлтый:** Запас интенсивно эксплуатируется + Перелов не наблюдается = Запас истощён, но восстанавливается
  • 🟡 **Оранжеввый** Запас не переловлен + Перелов возможен = Требуется снижение нагрузки
  • - 🔴 **Красный:** Запас переловлен + Перелов реальный = Критическая ситуация

Часть 4. Пример на практике: атлантический желтопёрый тунец (данные ICCAT 2024)"

Как модель SS3 и график Кобе работают в реальности? Рассмотрим пример оценки запаса атлантического желтопёрого тунца (Thunnus albacares) по данным Международной комиссии по сохранению атлантических тунцов (ICCAT). (Рисунок 1)

В последней оценке, проведённой в 2024 году, модель SS3 показала следующие результаты:

  • Нерестовая биомасса (SB) находится выше уровня SB<sub>MSY</sub> – то есть запас восстановлен до целевого уровня и даже превышает его.
  • Промысловая смертность (F) снизилась и приближается к уровню F<sub>MSY</sub> – давление промысла стало близким к оптимальному, перелов не ведётся.

Точка статуса этого запаса на графике Кобе, полученная на основе реальных данных, сместилась из красной и жёлтой зоны  в зелёную часть (верхний левый квадрант). Это означает, что запас не эксплуатируется оптимально и перелов не ожидпется. Такое улучшение – прямой результат научных рекомендаций ICCAT по снижению квот в предыдущие годы.

Часть 5. Почему этот подход важен для промысла

  • 1. **Прозрачность** – все допущения и неопределённости открыто показываются
  • 2. **Учёт рисков** – управленцы видят не одну цифру, а диапазон возможных состояний
  • 3. **Единый стандарт** – все комиссии REMO говорят на одном языке, что облегчает международную координацию

Заключение

SS3 и график Кобе – это не просто «научные игрушки». Это рабочие инструменты, которые ежегодно помогают сохранять популяции тунцов на устойчивом уровне. Понимание их устройства позволяет специалистам и заинтересованным сторонам лучше интерпретировать результаты оценок и участвовать в управлении промыслом на основе фактов, а не эмоций.

В следующих разделах сайта, касающихся оценок запасов тунцов , мы разберём конкретные примеры применения SS3 к другим видам тунцов в разных океанах

Секция 7: Глоссарий и литература

Ниже приведены основные сокращения и термины, используемые в оценке запасов. Список оформлен в виде маркированного перечня для удобства чтения на любых экранах.

  • SS3 (Stock Synthesis 3) – Синтез запаса (версия 3) – интегрированная возраст-размерная модель для оценки рыбных запасов.
  • CPUE (Catch Per Unit Effort) – Улов на единицу промыслового усилия – показатель относительной численности рыбы.
  • MSY (Maximum Sustainable Yield) – Максимальный устойчивый вылов, который можно изымать из популяции без ущерба для её воспроизводства.
  • TAC (Total Allowable Catch) – Общий допустимый улов (квота), устанавливаемый комиссией на определённый период.
  • SB (Spawning Biomass) – Биомасса нерестящегося стада (взрослая рыба, готовая к размножению).
  • F (Fishing Mortality) – Промысловая смертность – доля рыбы, гибнущей от промысла за единицу времени.
  • MPD (Maximum Posterior Density) – Максимальная апостериорная плотность – точечная оценка параметров в байесовском контексте.
  • M (Natural Mortality) – Естественная смертность – доля рыбы, гибнущей от хищников, болезней и старости.
  • h (Steepness) – Крутизна кривой пополнения – параметр, описывающий, насколько резко увеличивается пополнение при росте биомассы родителей.
  • R0 (Recruitment in unfished state) – Пополнение в неэксплуатируемом состоянии – численность молоди при отсутствии промысла.

Список рекомендуемой литературы и первоисточников

  1. Methot, R.D. and Wetzel, C.R. (2013). Stock synthesis: A biological and statistical framework for fish stock assessment and fishery management. Fisheries Research, 142: 86-99. DOI: 10.1016/j.fishres.2012.10.012. – Базовое описание модели SS3.
  2. Methot, R.D., Wetzel, C.R., Taylor, I.G., and Doering, K. (2020). Stock Synthesis User Manual Version 3.30.15. U.S. Department of Commerce, NOAA Processed Report NMFS-NWFSC-PR-2020-05. DOI: 10.25923/5wpn-qt71. – Полное руководство пользователя SS3.
  3. NOAA Fisheries Integrated Toolbox. Stock Synthesis (SS3). Официальный сайт: https://nmfs-ost.github.io/ss3-website/. – Центральный портал с документацией, примерами и новостями по модели.
  4. Репозиторий с примерами моделей SS3. GitHub: https://github.com/nmfs-ost/ss3-user-examples. – Практические примеры файлов и конфигураций для разных видов.
  5. ICCAT. (2024). Report of the 2024 ICCAT Bigeye Tuna Stock Assessment Session. Document PLE-118-Ann1. Ссылка на описание графика Кобе: https://www.iccat.int/com2024/ENG/PLE_118_Ann1_ENG.pdf. – Пример применения графика Кобе в оценке запасов.
Прокрутить вверх