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Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

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Page 1: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Modélisation du déplacement en Capture-Recapture

R. Pradel, CEFE/CNRS

Page 2: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Capture-Recapturehistorique du courant principal

• Suivi individuel en temps discret (Cormack 1964)

• Plusieurs sites (Arnason 1973, Hestbeck et al. 1991)

• Modèles à mémoire (Brownie et al. 1993, Pradel et al. 2003, Rouan et al. 2009)

• Modélisation du mouvement (Morales et al. 2004, McClintock et al. 2012)

Page 3: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Capture-Recaptureautres pistes

• Modèles de densité (Borchers et Efford 2008, )• Domaine d’activité linéaire (poisson en rivière,

Danancher et al. 2004)• Etats comportementaux (Avril 2012)

Page 4: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Plan exposé• Une étude classique• Principe du modèle de description du

mouvement de Morales et McClintock• Le test de mémoire• Une étude atypique: domaine d’activité

linéaire (poisson en rivière, Danancher et al. 2004)

• Le mouvement ramené à des états comportementaux (Avril 2012)

Page 5: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

© N

icol

as V

an In

gen

TO LEAVE OR NOT TO LEAVE: SURVIVAL TRADEOFFS BETWEEN

DIFFERENT MIGRATORY STRATEGIES IN THE GREATER FLAMINGOJournal of animal Ecology, 2012

A. Sanz Aguilar, A. Béchet, C. Germain, A.R. Johnson & Roger Pradel

MATERGLOBE

Page 6: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Wintering histories of 22671 flamingos from 1977 to 2010

Page 7: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

16

Multi-site capture-recapture models

• permit the estimation of :

migrations across sites

survival according to site

capture rates in each site

Page 8: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

19

Year

State 1 2 3 4

1

2

3

Capture history:

1 2 0 1

??

?

Migration parameters

Page 9: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

20

Maximum likelihood estimation

14

313

33

33

232

213

23

23

222

113

13

13

212

22

22

121

11 )1()1()1( pppppP

?

• Probability of observing the capture history (1 2 0 1):

• Probability of observing the entire data set:

N

j

hP1

j)(L

Page 10: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

22

Matrices of parametersAt each time i, we estimate :• a VECTOR of survival parameters :

• a VECTOR of capture parameters :

Si

i

i

i

2

1

Si

i

i

i

p

p

p

P

2

1

Page 11: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

23

Matrices of parameters

At each time i we estimate :• one matrix of movement parameters :

SSi

Si

Si

Siii

Siii

i

21

22221

11211Note:

row-sums = 1

Page 12: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Recapture probability

Program E-SURGE

Survival probability

sP

sS

Methods: Multistate CR modelling

Ø

1 2 3 … … … … … ….. t

ØØ

FRFR

Fled

FR

SP

IT

AF

FR

SP

IT

AF

FRFled

Transition/Movement probabilityRS

Model selection AICFirst winteringmigration

Fidelity /dispersal

Page 13: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Survival probabilities

• ↑ age

• 1st –2nd winter < Africa From 3rd winter > Africa

• Cold spell (FR 1984-1985) reduced mean survival by 77%, 55% and 35%

• No NAO effect

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

FLED IB FR AF IT CS IB FR AF IT CS IB FR AF IT CS

An

nu

al s

urv

ival

pro

bab

ility

1st to 2nd winter 2nd to 3rd winter from ≥ 3rd winter

Page 14: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

Win

terin

g ar

ea p

rese

nce

after

fled

glin

g pr

obab

ilitie

s

Year

SPAIN

FRANCE

AFRICA

ITALY

First wintering area

Winter NAO explained 12% of the temporal variability (F1,31=3.96 p=0.055)

Cohort

Page 15: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Fidelity to wintering areas

High fidelity to previous wintering area

In general increases with individual age

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

IB FR AF IT IB FR AF IT

Fid

elit

y t

o p

rev

iou

s w

inte

rin

g a

rea

1st to 2nd winter From ≥ 2nd winter

Page 16: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

From FR

SP

AF

IT

From SP

FR

AF

IT

From IT

SP

FR

AF

From AF

SP

FR

IT

Dispersal from previous wintering areas

• From their second winter on, unfaithful individuals that previously used Spanish,

Italian or African wintering areas dispersed preferably to French wintering sites

From FR

SP

AF

IT

From SP

FR

AF

IT

From IT

SP

FR

AF

From AF

SP

FR

IT

From FR

SP

AF

IT

From SP

FR

AF

IT

From IT

SP

FR

AF

From AF

SP

FR

ITAverage breeding success is higher in the Camargue colony than in other

Mediterranean colonies. Individuals probably tend to winter near this colony when

they become mature in order to arrive early

(Kokko 1999)

Page 17: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Description du mouvementMcClintock et al. 2012

• Temps court (pas de mortalité) ex. 1 point chaque 2h pendant 5 mois

• Transitions entre états comportementaux, z• Description mouvement par distance, s, et

direction, φ

Page 18: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Description du mouvementMcClintock et al. 2012

• Behavioral states: directed (e.g. migration), exploratory (e.g. dispersal), area-restricted (e.g. foraging)

• Biased and correlated random walk• Estimation by MCMC

Page 19: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Test de mémoirePradel et al. 2003

• Une étude classique• Principe du modèle de description du

mouvement de Morales et McClintock• Le test de mémoire• Une étude atypique: domaine d’activité

linéaire (poisson en rivière, Danancher et al. 2004)

• Le mouvement à travers des états comportementaux (Avril 2012)

Page 20: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

42

Memory and TEST WBWA(Pradel et al. 2003)

1

2. . .

Last seen on site

Where Before

++

Election of a familiar site

++

Election of a familiar site

++

Election of a familiar site

Test

1 2 . . .

Next seen on site

Where After

Page 21: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

43

occ site 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2 3 3 4 1 4 2 4 3 5 1 5 2 5 3

Results of TEST WBWAfor the Canada goose data

sta pval df 19.59 0.000 2 37.87 0.000 2 4.49 0.034 1 80.59 0.000 1 98.76 0.000 4 0.81 0.369 1 27.71 0.000 1 53.69 0.000 2 25.29 0.000 1 43.66 0.000 1 50.93 0.000 2 29.48 0.000 2-- Test WBWA -----472.86 0.000 20 c = 23.6!

Page 22: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Plan exposé• Une étude classique• Principe du modèle de description du

mouvement de Morales et McClintock• Le test de mémoire• Une étude atypique: domaine d’activité

linéaire (poisson en rivière, Danancher et al. 2004)

• Le mouvement à travers des états comportementaux (Avril 2012)

Page 23: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 45

3. Linear home range

Page 24: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 46

Estimation of linear home range

Application to Zingel asper

Page 25: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 47

Collecte des données

Profond

Plat

Radier

340 m

25 à 40 m

Page 26: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 48

Collecte des données

Sessions de recapture : - Période de reproduction : Mars 2000 - Période de croissance Mai-juin 2001

Trois groupes d’individus :- Les femelles en période de reproduction- Les mâles en période de reproduction- Les individus en période de croissance

Page 27: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 49

Constitution des histoires de capture

Histoires de capture1101…0000

+

Page 28: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 50

Travail de modélisation

• La taille du domaine vital dépend :» Du sexe des individus » De la période du cycle vital» De l’habitat considéré.

Page 29: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 51

MALES EN PERIODE DE REPRODUCTION

Profond

Plat amont

Plat aval

Radier

123456789

1011121314151617181920

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

parcelle pour laquelle l'estimation est réalisée

pa

rce

lles

uti

lisé

es

Page 30: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 52

Longueur moyenne du domaine vital

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

lon

gu

eu

r d

u d

om

ain

e v

ital (

m)

Mâles enreproduction

Femelles enreproduction

Individus encroissance

Page 31: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

colloque Pau 2002 53

Différences concernant le type d’habitat utilisé.

Mâles en période de reproduction

Femelles en période de reproduction

Individus en période de croissance

Page 32: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Plan exposé• Une étude classique• Principe du modèle de description du

mouvement de Morales et McClintock• Le test de mémoire• Une étude atypique: domaine d’activité

linéaire (poisson en rivière, Danancher et al. 2004)

• Le mouvement à travers des états comportementaux (Avril 2012)

Page 33: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Lièvres suivis par télémétrie• triangulation• Une fois par semaine à proximité du lieu de

capture initial• Mouvements habituels <600m• Excursions occasionnelles >1000m sans

dispersion• Dispersion >600m avec phase de transience

durant jusqu’à 2 mois• Chasse fin septembre-fin décembre

Page 34: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Lièvres suivis par télémétrie• 25 sessions de 2 semaines séparées par 2 sem.• 78 juv males, 71 juv femelles, 3 males adultes

Page 35: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

1000 m A

B

C

Figure 1: Examples of dispersal movements in hares in three behavioral groups: (a) philopatric “explorer” pattern, (b) “shifter” disperser, (c) “one-way” disperser. The large circle represents a circle 588 m in radius, the center of which was used as the estimated birth site (triangle).

Page 36: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

“State”/ nominal labelling Corresponding event at occasion t Numerical labelling

Capture

1) Observable states “Stationary”/S “seen alive <1000m” 1 p1

“Transient” /T - conditional on being S at occasion t-1 “seen alive >1000m” 2 p2

“Disperser” /D - conditional on being T at occasion t-1 “seen alive >1000m” 2 p2

“Newly dead stationary” /NDS “recovered dead <1000m from causes other than hunting”

3 p1

“Newly dead transient or disperser” /NDTD “recovered dead >1000m from causes other than hunting”

4 p2

“Newly dead hunting” /NDH “recovered shot < or >1000m” 5 1“Nearly lost stationary” /NlS “seen alive <1000m with a waning radio

signal”6 p1

“Nearly lost transient” /NlT “seen alive >1000m with a waning radio signal”

7 p2

“Nearly lost disperser” /NlD “seen alive >1000m with a waning radio signal”

7 p2

2) Non-observable states “Transient temporary undetectable” /Tu- conditional on being S at occasion t-1

“not seen” 0 0

“Disperser temporary undetectable” /Du- conditional on being Tu at occasion t-1

_ _ _

“Lost Stationary” /LS _ _ _“Lost transient” /LT _ _ _“Lost diperser” /LD _ _ _“Newly dead lost from causes other than hunting” / NDL _ _ _

“Dead since more than one capture occasion” /† _ _ _

Table 1. States, numerical code used in encounter histories, events, and detection probabilities used in the model. The states NDTD and NDH are observable but bear uncertainty concerning the state (T or D) and the distance respectively, in which the hare is at a particular occasion. All other observable states are known with certainty at the time of capture. Temporary undetectable states and states related to individuals with a radio-collar out of order are not at risk of capture and so unobservable (p=0).

Page 37: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

tanc

e fro

mth

e

birt

hsi

te/

hom

e-ra

nge

cent

re (

m)

S T S S T D D NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

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mth

e

birt

hsi

te/

hom

e-ra

nge

cent

re (

m)

NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

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e fro

mth

e

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hsi

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m)

NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

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Dis

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e

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nge

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m)

NlD

1000m

states

Tra

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ion

prob

abil

itie

s

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Dis

tanc

e fro

mth

e

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hsi

te/

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nge

cent

re (

m)

S T S S T D D NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

tanc

e fro

mth

e

birt

hsi

te/

hom

e-ra

nge

cent

re (

m)

NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

tanc

e fro

mth

e

birt

hsi

te/

hom

e-ra

nge

cent

re (

m)

NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

0 28 56 84 11 2 140 168 186 time (days )

Dis

tanc

e fro

mth

e

birt

hsi

te/

hom

e-ra

nge

cent

re (

m)

NlD

1000m

states

Tra

nsit

ion

prob

abil

itie

s

Page 38: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

The multievent modelPradel 2005

E1 E2 E3

S1 S2 S3

b, probabilities of events conditional on current state

, initial state probabilities

probabilities of transition

events

states

Note: it belongs to the class of Hidden Markov Models

Page 39: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS
Page 40: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS
Page 41: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS
Page 42: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS
Page 43: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS
Page 44: Modélisation du déplacement en Capture-Recapture R. Pradel, CEFE/CNRS

Conclusions

• Du maximum de vraisemblance au MCMC• Stratégie vs tactique• Mémoire ou tempérament