Novas Ideias sobre Distribuição de Espécies e Extremos Climáticos

A forma como as espécies estão espalhadas pelas áreas é super importante na ecologia. Esse conhecimento ajuda os cientistas a entender ideias ecológicas, conferir como as mudanças climáticas afetam os seres vivos e criar planos de conservação e gestão de riscos. Para prever onde as espécies podem ser encontradas, os cientistas costumam usar Modelos de Distribuição de Espécies (MDEs). Esses modelos usam dados sobre onde as espécies estão presentes ou ausentes e conectam essas informações às condições ambientais desses lugares. Modelos precisos são necessários para entender as localizações atuais das espécies e prever como elas podem mudar no futuro.

Neste artigo, discutimos como eventos climáticos severos, conhecidos como extremos climáticos, não são totalmente representados nos modelos de distribuição de espécies atuais. Explicamos o que são extremos climáticos e como eles impactam as espécies. É vital considerar todos os aspectos desses extremos para prever seus efeitos nas espécies de forma eficaz.

#Definindo Extremos Climáticos

Extremos climáticos são definidos como eventos meteorológicos específicos que são bem definidos, mas que acontecem raramente. Aceita-se que essas condições climáticas extremas podem influenciar as espécies e suas distribuições de forma significativa. Por exemplo, algumas plantas podem sofrer perda severa de água e parar de funcionar corretamente quando enfrentam secas. Quando o estresse da seca se torna muito intenso, as plantas podem perder a capacidade de absorver água, levando à morte. Além da intensidade desses extremos, a frequência com que ocorrem também pode impactar os organismos vivos. Ambos os fatores podem dificultar a recuperação de uma espécie ou levar a taxas de mortalidade mais altas, às vezes resultando em extinção local.

Identificar um único ponto em uma escala para representar um efeito de limite desses extremos para uma espécie é desafiador. Em vez de focar em apenas um ponto fixo, os cientistas devem analisar toda a faixa de intensidades e frequências possíveis desses eventos extremos para entender seus efeitos nas espécies.

#A Importância dos Dados sobre Clima Extremo

Atualmente, muitos modelos de distribuição de espécies não capturam totalmente a gama de variações apresentadas pelas condições climáticas extremas. Alguns estudos tentaram incluir dados climáticos extremos usando conjuntos de dados de alta resolução, como leituras climáticas diárias. No entanto, coletar essas informações detalhadas pode ser desafiador e muitas vezes exige muito esforço. Além disso, o conhecimento usado nesses métodos pode não ser adequado para diferentes espécies e regiões.

Este artigo tem como objetivo introduzir um método que integra dados de clima extremo de maneira mais eficaz nos modelos de distribuição de espécies. Nosso método foi projetado para ser amplamente aplicável e usar dados facilmente disponíveis. Vamos explorar três métodos atuais para incorporar dados de clima extremo nos modelos, observando suas limitações.

#Abordagens Atuais na Modelagem de Distribuições de Espécies

#Abordagem Média

Muitos estudos usam médias de longo prazo dos extremos climáticos ao criar modelos de distribuição de espécies. Essa média, conhecida como "intensidade extrema média", pode representar processos biológicos importantes, mas não leva em conta efetivamente a distribuição desigual de eventos climáticos extremos. Como esse método se baseia apenas em médias, ele é limitado em sua capacidade de prever os efeitos de condições extremas.

#Abordagem Normal

Outro método leva em conta a variabilidade anual dos dados climáticos, usando o desvio padrão junto com a média. Essa abordagem melhorou as previsões dos modelos, indicando que a variabilidade oferece uma visão melhor dos extremos climáticos do que simplesmente olhar para as médias. No entanto, esse método ainda não captura as mudanças na extremidade dos dados climáticos extremos, que podem impactar significativamente as espécies.

#Abordagem Quantílica

Um terceiro método se baseia em dados climáticos extremos associados a períodos de retorno específicos. Isso significa que os cientistas calculam com que frequência uma determinada intensidade extrema é provável de ocorrer. Embora esse método tenha melhorado as previsões dos modelos, também apresenta desvantagens. Coletar dados de alta qualidade é difícil, e depender de uma amostra de dados curta pode distorcer os resultados.

#A Necessidade de uma Nova Abordagem

Todas as três abordagens não abordam a distribuição desigual de dados climáticos extremos em seus modelos. É crucial reconhecer que as mudanças climáticas podem alterar a distribuição desses extremos, afetando como as espécies respondem a mudanças ambientais.

Proponhamos um novo método que utilize uma estrutura estatística para analisar dados de clima extremo. Essa estrutura garante que todos os aspectos dos eventos climáticos extremos sejam considerados, tornando-se aplicável a diferentes espécies e ambientes. Nossa nova abordagem foca na distribuição de valor extremo generalizado (GEV), que pode representar melhor a natureza das condições climáticas extremas.

#Entendendo a Distribuição GEV

A distribuição GEV é valiosa para analisar eventos climáticos extremos, como extremos de temperatura e de fluxo de rios. Ela é caracterizada por três parâmetros específicos: localização, escala e forma. Esses parâmetros determinam o centro, a dispersão e a forma geral da distribuição.

A distribuição GEV pode assumir três formas com base em seu parâmetro de forma:

1. Distribuição de Weibull: Indica uma natureza limitada dos eventos extremos, com extremos muito intensos não esperados para ocorrer.
2. Distribuição de Gumbel: Representa extremos de cauda leve, com um nível consistente de probabilidade para eventos intensos.
3. Distribuição de Fréchet: Significa extremos de cauda pesada, ou seja, que eventos extremamente intensos são mais prováveis de ocorrer.

Entender essas variações é essencial para modelar com precisão as distribuições das espécies em relação ao clima extremo.

#Visão Geral da Metodologia

Vamos examinar como nossa abordagem GEV proposta pode melhorar a modelagem de distribuição de espécies. Focaremos em 28 espécies de árvores europeias com diferentes características ecológicas. Nosso objetivo é estabelecer se usar a distribuição GEV leva a previsões melhores em comparação com outras abordagens. Utilizaremos variáveis climáticas extremas relacionadas ao calor, frio e precipitação.

#Coleta de Dados Climáticos

Para desenvolver nossos modelos, utilizaremos dados climáticos mensais de um banco de dados respeitável. Esses dados fornecem informações sobre temperaturas máximas e mínimas, bem como níveis de precipitação em toda a Europa. Usando essas informações, derivaremos três variáveis de clima extremo para caracterizar deficiências de calor, frio e precipitação.

#Analisando o Desempenho do Modelo

Para cada espécie, criaremos vários modelos com base em diferentes abordagens: Média, Normal, Quantílica e GEV. Avaliaremos o desempenho de cada modelo comparando-o com a precisão das previsões de distribuição das espécies. Para isso, analisaremos os modelos com base em métricas como valores AIC e scores AUC validados por cruzamento.

#Resultados e Conclusões

A análise preliminar mostra que a abordagem GEV melhora significativamente a previsão das distribuições das espécies em comparação com outros métodos. Enquanto o modelo Médio fornece previsões básicas, o modelo GEV capta uma gama mais ampla de condições climáticas extremas, melhorando o poder preditivo e a precisão dos modelos.

#Bordas de Distribuição

Uma das maiores forças da abordagem GEV é sua capacidade de capturar efeitos nas bordas de distribuição das espécies. Em regiões onde as condições são menos favoráveis para as espécies, eventos climáticos extremos têm mais chances de impactar a sobrevivência. Essa descoberta indica que a abordagem GEV oferece uma visão mais realista dos limites de distribuição das espécies.

#Previsões Espaciais

Ao comparar as previsões das diferentes abordagens, observamos que o método GEV oferece vantagens distintas em áreas com influências de clima extremo. As previsões diferem conforme cada abordagem considera a natureza dos extremos climáticos.

Em áreas onde eventos climáticos extremos são esperados, a distribuição GEV leva a probabilidades de ocorrência mais baixas para espécies nas bordas de seu alcance. Essa descoberta enfatiza a necessidade de considerar extremos climáticos para evitar superestimar os limites das espécies.

#Implicações das Mudanças Climáticas

À medida que as mudanças climáticas continuam a impactar os padrões meteorológicos, é essencial entender como essas mudanças afetarão as distribuições das espécies. A abordagem GEV destaca a importância das variações nas condições climáticas extremas e suas implicações para prever como as espécies responderão a climas em mudança.

#Estratégias de Conservação

Para uma conservação eficaz, entender as distribuições das espécies é crucial. A abordagem GEV não só melhora as previsões do modelo, mas também ajuda a identificar áreas onde as espécies estão mais vulneráveis aos extremos climáticos. Essas informações podem ajudar a priorizar esforços de conservação, como identificar refúgios climáticos ou áreas para migrações assistidas.

#Necessidades Futuras de Dados

A atual ausência de dados suficientes sobre cenários climáticos futuros limita a aplicação da abordagem GEV para previsões de longo prazo. Os conjuntos de dados existentes focam principalmente em médias e desvios padrão, que não capturam os detalhes necessários sobre eventos climáticos extremos. A coleta de dados futuros deve buscar fornecer informações abrangentes que permitam uma modelagem precisa dos eventos climáticos extremos.

#Conclusão

Resumindo, a modelagem de distribuição de espécies é significativamente aprimorada ao incorporar informações detalhadas sobre extremos climáticos. A abordagem GEV oferece um método mais robusto para analisar o impacto do clima extremo nas distribuições das espécies. Ao levar em conta as variações na intensidade, frequência e distribuição dos eventos climáticos extremos, a abordagem GEV permite previsões melhores e um planejamento de conservação mais eficaz.

Entender a influência dos extremos climáticos sobre as espécies é fundamental à medida que as mudanças climáticas continuam a impactar os ecossistemas ao redor do mundo. A adoção da abordagem GEV levará a modelos de distribuição de espécies mais precisos, ajudando, em última análise, nos esforços eficazes de conservação e na melhor gestão da biodiversidade diante de um clima em mudança.