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Breve sobre el cambio climatico <ul><li>Las temperaturas podrian incrementarse hasta en 6 oC en 2100 </li></ul><ul><li>Alt...
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Por que necesitamos datos de alta calidad y confiables? <ul><li>Para analizar los patrones de diversidad de especies a tra...
Datos de entrada: biodiversidad <ul><li>Como hacer los datos suficientemente confiables?  </li></ul><ul><ul><li>Verificar ...
Datos de entrada: biodiversidad <ul><li>Cómo hacer esto posible? </li></ul><ul><ul><li>Scripts en Java </li></ul></ul><ul>...
<ul><li>Usando una muestra aleatoria de 950mil registros con coordenadas </li></ul>
<ul><li>Estan los registros donde dicen estar?: verificacion de nivel de pais </li></ul>Registros ubicados en fronteras na...
<ul><li>Estan las plantas terrestres en la tierra?: Verificacion costera </li></ul>Errores y mas errores Records in the oc...
No tan mal, despues de todo… estadisticas <ul><li>44’706.505 registros para plantas </li></ul><ul><li>33’340.008 (74,57%) ...
Base de datos resultante TOTAL DE REGISTROS EVALUADOS: 950.000 Good records:  840.449    88.47% of total
Proximos pasos <ul><li>Solo nos toma 27 minutos para verificar 950,000 registros, 177millones seria 83 horas (3 ½ dias) </...
Datos de entrada: clima <ul><li>Linea base : 19 indices bioclimaticos a 20km de resolucion </li></ul><ul><li>Clima futuro ...
Datos de entrada: clima… hay mas datos <ul><ul><li>Diferentes periodos de tiempo: 2020, 2050, 2080 </li></ul></ul><ul><ul>...
Datos de entrada: clima… y continuamos trabajando <ul><li>Corridas de PRECIS para Sur América con diferentes condiciones d...
El metodo <ul><li>Maxima entropia como un algoritmo muy preciso para la modelación de nicho ecológico  </li></ul><ul><li>S...
Metodo de modelación <ul><li>Aplicar el algoritmo de maxima entropía </li></ul><ul><ul><li>Macoubea guianensis  Aubl.: ali...
Estadísticas de validación <ul><li>Porcentaje de datos de prueba </li></ul><ul><ul><li>Si NS <= 12  entonces  TP = 0 </li>...
Validacion –distribucion de muestreo ALL SAMPLES MUESTRAS DE ENTRENAMIENTO MUESTRAS DE PRUEBA
Validacion– desviacion logistica <ul><li>Mide la diferencia entre un ajuste logistico perfecto (Ln 1 = 0) y el ajuste del ...
Validacion – RMSQD <ul><li>Mide la distancia lineal (Euclidean distance) entre la prediccion y un ajuste perfecto (P = 1) ...
Validacion– Coeficiente de determinacion (R2) <ul><li>Mide el ajuste del modelo a los datos de prueba (presencias, P=1) y ...
Validacion – Area bajo la curva ROC <ul><li>Mide la capacidad del modelo para discriminar areas aptas y no aptas </li></ul...
Sumario: evaluacion <ul><li>Todos los calculos son estadisticamente significativos </li></ul><ul><ul><li>Correlaciones muy...
Cobertura actual de areas protegidas <ul><li>Existen 84,488 areas protegidas  </li></ul><ul><li>Cubren 13.8% de la superfi...
Cobertura actual de areas protegidas <ul><li>En el Amazonas hay 882 areas protegidas </li></ul><ul><li>Cubren 35.2% del ar...
Cobertura de areas protegidas por region (linea base) Cobertura actual de la conservación  in situ La biodiversidad mundia...
Resultados: Diversidad actual y futura <ul><li>Puntos importantes en Latinoamerica, Europa, Australasia y Africa Central <...
Resultados: cambios en riqueza de especie <ul><li>Migracion nula: perdidas en todos lados </li></ul><ul><li>Migracion ilim...
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Que debe hacerse? Y cuando? <ul><li>Compilar los datos disponibles, evaluar su calidad y mejorar si es posible </li></ul><...
Conclusiones <ul><li>Las areas protegidas funcionan con el clima actual… al menos en el papel </li></ul><ul><li>Bajo condi...
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Biodiversity conservation under the cc context. Made at Bogota (Colombia) on 5th November 2009, by Julian Ramirez, at the First International Conference on Climate Change and Biodiversity.

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Julian R - Conservacion de la biodiversidad bajo condiciones de cambio climatico

  1. 1. Conservación de la biodiversidad bajo condiciones de cambio climático Julián Ramírez y Andy Jarvis Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT
  2. 2. <ul><li>Breve sobre el cambio climático </li></ul><ul><li>Datos de entrada: biodiversidad </li></ul><ul><li>Datos de entrada: clima </li></ul><ul><li>Metodo de analisis </li></ul><ul><li>Aplicación y evaluacion del método </li></ul><ul><li>Cobertura actual de áreas protegidas </li></ul><ul><li>Que pasaría en un escenario futuro? </li></ul><ul><li>Qué debe hacerse? Cómo mejorar? Adaptar? </li></ul><ul><li>Conclusiones </li></ul>Contenido
  3. 3. Cambio climático: la misma historia… cambios antropogénicos llevan a cambios atmosféricos <ul><li>Crecimiento poblacional </li></ul><ul><li>Expansion agricola e industrial </li></ul><ul><li>Tecnologias ambientalmente no amigables </li></ul>Aumento de gases de efecto invernadero RESULTARON EN
  4. 4. Breve sobre el cambio climatico <ul><li>Las temperaturas podrian incrementarse hasta en 6 oC en 2100 </li></ul><ul><li>Alta incertidumbre en proyecciones de precipitación </li></ul><ul><li>2020 limite de corto plazo para adaptación… impactos no muy severos esperados </li></ul><ul><li>2050 límite crítico para políticas de adaptación y mitigación </li></ul><ul><li>Nichos de muchas especies podrían cambiar, y perder rango geográfico de distribución: plasticidad y resiliencia </li></ul>
  5. 5. Datos de entrada: biodiversidad <ul><li>La base de datos contiene 177,887,193 registros </li></ul><ul><li>Registros Plantae son 44,706,505 (25,13%) </li></ul><ul><li>33,340,000 (74.5%) tienen coordinadas </li></ul><ul><li>Cuantas estan correctas y son confiables? </li></ul><ul><li>Cuantas nuevas georreferencias podrian obtenerse? </li></ul>ESTADO ACTUAL DE LOS REGISTROS Plantae
  6. 6. Por que necesitamos datos de alta calidad y confiables? <ul><li>Para analizar los patrones de diversidad de especies a traves de diferentes regiones </li></ul><ul><li>Entrenar y evaluar modelos de nicho ecologico </li></ul><ul><li>Evaluar asuntos de conservacion ( in-situ , ex-situ ) </li></ul><ul><li>Evaluar impactos y amenazas sobre la biodiversidad: degradacion de habitat,, deforestacion y… cambio climatico </li></ul><ul><li>Entre otros… </li></ul>
  7. 7. Datos de entrada: biodiversidad <ul><li>Como hacer los datos suficientemente confiables? </li></ul><ul><ul><li>Verificar coordenadas a diferentes niveles </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estan los registros donde dicen estar? </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estan los registros dentro de las areas terrestres (para especies terrestres solamente) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Estan los registros dentro del nicho ambiental de la especie? </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Registros marinos: no verificable </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Corregir referencias erroneas </li></ul></ul><ul><ul><li>Agregar referencias a aquellas que no tienen </li></ul></ul><ul><ul><li>Verificar con curadores y retroalimentar la base de datos </li></ul></ul>
  8. 8. Datos de entrada: biodiversidad <ul><li>Cómo hacer esto posible? </li></ul><ul><ul><li>Scripts en Java </li></ul></ul><ul><ul><li>Datos espaciales: descriptores ambientales, limites administrativos, limites maritimos de alta resolucion </li></ul></ul><ul><ul><li>Algo de capacidad de procesamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>Suficiente almacenamiento </li></ul></ul><ul><ul><li>Y… lo mas importante: Java geeks! </li></ul></ul>
  9. 9. <ul><li>Usando una muestra aleatoria de 950mil registros con coordenadas </li></ul>
  10. 10. <ul><li>Estan los registros donde dicen estar?: verificacion de nivel de pais </li></ul>Registros ubicados en fronteras nacionales Imprecisiones en coordenadas Que puede ser esto? Records with null country: 58.051  6,11% of total Records with incorrect country: 6.918  0,72% of total Total excluded by country 64.969  6,83% of total
  11. 11. <ul><li>Estan las plantas terrestres en la tierra?: Verificacion costera </li></ul>Errores y mas errores Records in the ocean: 9.866  1,03% of total Records near land (range 5km): 34.347  3,61% of total Records outside of mask: 369  0,04% of total Total excluded by mask 44.582  4.69% of total
  12. 12. No tan mal, despues de todo… estadisticas <ul><li>44’706.505 registros para plantas </li></ul><ul><li>33’340.008 (74,57%) con coordenadas </li></ul><ul><li>De estos </li></ul><ul><ul><li>88.5% estan correctos geograficamente a dos niveles </li></ul></ul><ul><ul><li>6.8% tienen pais nulo o incorrecto (incl. plantas marinas) </li></ul></ul><ul><ul><li>4.7% estan cerca de las costas pero no en la tierra </li></ul></ul>Summary of errors or misrepresented data
  13. 13. Base de datos resultante TOTAL DE REGISTROS EVALUADOS: 950.000 Good records: 840.449  88.47% of total
  14. 14. Proximos pasos <ul><li>Solo nos toma 27 minutos para verificar 950,000 registros, 177millones seria 83 horas (3 ½ dias) </li></ul><ul><li>Identificar plantas terrestres y separarlas de plantas marinas ( hecho !) </li></ul><ul><li>Plantas marinas no verificables </li></ul><ul><li>Usar un algoritmo de georreferenciación para (en proceso ) : </li></ul><ul><ul><li>Corregir georreferencias erradas </li></ul></ul><ul><ul><li>Incorporar nuevos datos de locación a lo que no tienen latitud/longitud NULA </li></ul></ul><ul><li>Interpretar limites administrativos de 2do y 3er nivel y usarlos tambien </li></ul><ul><li>Implementar algorirtmo para verificacion ambiental ( hecho ) </li></ul>
  15. 15. Datos de entrada: clima <ul><li>Linea base : 19 indices bioclimaticos a 20km de resolucion </li></ul><ul><li>Clima futuro usando resultados de modelos de clima global (GCMs) </li></ul><ul><ul><li>18 modelos a 20km de resolucion </li></ul></ul><ul><ul><li>Para 2050s </li></ul></ul><ul><ul><li>Bajo el escenario A2 </li></ul></ul><ul><ul><li>19 indices bioclimaticos igual que para linea base </li></ul></ul><ul><ul><li>Corrida control con promedio de todos los modelos (preliminar) </li></ul></ul>
  16. 16. Datos de entrada: clima… hay mas datos <ul><ul><li>Diferentes periodos de tiempo: 2020, 2050, 2080 </li></ul></ul><ul><ul><li>Otros escenarios de emision: A2, B2, A1B </li></ul></ul><ul><ul><li>Diferentes modelos: 7 a 20 GCMs dependiendo del escenario y la epoca </li></ul></ul>http://gisweb.ciat.cgiar.org/GCMPage/home.html
  17. 17. Datos de entrada: clima… y continuamos trabajando <ul><li>Corridas de PRECIS para Sur América con diferentes condiciones de frontera </li></ul><ul><ul><li>Validación </li></ul></ul><ul><ul><li>Pertinencia regional </li></ul></ul><ul><ul><li>Calibración </li></ul></ul><ul><li>Resultados del modelo de alta resolución del MRI </li></ul>
  18. 18. El metodo <ul><li>Maxima entropia como un algoritmo muy preciso para la modelación de nicho ecológico </li></ul><ul><li>Seleccionar especies con10 or más puntos para cada una de 33,004 especies </li></ul><ul><li>Solo una proyección futura </li></ul><ul><li>Dos escenarios de migración extremos </li></ul><ul><ul><li>Migración ilimitada </li></ul></ul><ul><ul><li>Migración nula </li></ul></ul><ul><li>Medidas de diversidad y pérdida de área </li></ul><ul><ul><li>Por región y globalmente </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Dentro de las áreas protegidas </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Total </li></ul></ul></ul>
  19. 19. Metodo de modelación <ul><li>Aplicar el algoritmo de maxima entropía </li></ul><ul><ul><li>Macoubea guianensis Aubl.: alimentación de comunidades indígenas en el Amazonas </li></ul></ul>Cosecha de datos de GBIF Construir el modelo de presencia Proyectarlo hacia el futuro NULL MIGRATION UNLIMITED MIGRATION Potential habitat expansion NULL MIGRATION UNLIMITED MIGRATION
  20. 20. Estadísticas de validación <ul><li>Porcentaje de datos de prueba </li></ul><ul><ul><li>Si NS <= 12 entonces TP = 0 </li></ul></ul><ul><ul><li>Si 12 < NS <= 20 entonces TP = 15% </li></ul></ul><ul><ul><li>Si > 20 entonces TP = 20% </li></ul></ul><ul><li>Metricos de evaluación: </li></ul><ul><ul><li>Desviación logística [-2*Ln(p)] </li></ul></ul><ul><ul><li>Diferencia media de cuadrados (RMSQD) </li></ul></ul><ul><ul><li>R-cuadrado (Pearson) </li></ul></ul><ul><ul><li>Area bajo la curva ROC (AUC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Tasas de omision un umbral fijo (70%) [ PENDING ] </li></ul></ul>
  21. 21. Validacion –distribucion de muestreo ALL SAMPLES MUESTRAS DE ENTRENAMIENTO MUESTRAS DE PRUEBA
  22. 22. Validacion– desviacion logistica <ul><li>Mide la diferencia entre un ajuste logistico perfecto (Ln 1 = 0) y el ajuste del modelo (Ln p) </li></ul>
  23. 23. Validacion – RMSQD <ul><li>Mide la distancia lineal (Euclidean distance) entre la prediccion y un ajuste perfecto (P = 1) </li></ul>
  24. 24. Validacion– Coeficiente de determinacion (R2) <ul><li>Mide el ajuste del modelo a los datos de prueba (presencias, P=1) y pseudo-ausencias (P=0.5) </li></ul>
  25. 25. Validacion – Area bajo la curva ROC <ul><li>Mide la capacidad del modelo para discriminar areas aptas y no aptas </li></ul>For 90% of the species, the AUC was above 0.99
  26. 26. Sumario: evaluacion <ul><li>Todos los calculos son estadisticamente significativos </li></ul><ul><ul><li>Correlaciones muy fueres para (R2>0.75) 973 especies (1.7%) </li></ul></ul><ul><ul><li>Correlaciones fuertes (0.5 < R2 < 0.75) para 2,782 especies (4.9%) </li></ul></ul><ul><ul><li>Correlaciones medias (0.3 < R2 < 0.5) para 7,005 especies(12.3%) </li></ul></ul><ul><ul><li>Correlaciones debiles (0.15 < R2 < 0.3) para 12,985 especies (22.7%) </li></ul></ul><ul><ul><li>R2<0.15 para 22,637 especies(39.6%) </li></ul></ul><ul><li>50% de las especies mostro menos que 30% de diferencia lineal </li></ul><ul><li>70% de las especies mostro 60% o mas de ajuste logistico </li></ul><ul><li>90% de las especies mostraron AUC arriba de 0.99 </li></ul>
  27. 27. Cobertura actual de areas protegidas <ul><li>Existen 84,488 areas protegidas </li></ul><ul><li>Cubren 13.8% de la superficie global (10% nacional, 3.8% internacional) </li></ul>
  28. 28. Cobertura actual de areas protegidas <ul><li>En el Amazonas hay 882 areas protegidas </li></ul><ul><li>Cubren 35.2% del area </li></ul><ul><li>En Colombia hay 277 areas protegidas </li></ul><ul><ul><li>Cuantas funcionan bien? </li></ul></ul><ul><ul><li>Cuantas requieren atención urgente? </li></ul></ul>
  29. 29. Cobertura de areas protegidas por region (linea base) Cobertura actual de la conservación in situ La biodiversidad mundial está bien conservada… al menos en el papel
  30. 30. Resultados: Diversidad actual y futura <ul><li>Puntos importantes en Latinoamerica, Europa, Australasia y Africa Central </li></ul><ul><li>Desplazamiento y perdida de nichos </li></ul>CURRENT MIGRACION NULA MIGRACION ILIMITADA
  31. 31. Resultados: cambios en riqueza de especie <ul><li>Migracion nula: perdidas en todos lados </li></ul><ul><li>Migracion ilimitada: esp. desplazamiento </li></ul>MIGRACION NULA MIGRACION ILIMITADA
  32. 32. Que pasa en cuencas importantes: Amazonas? <ul><li>Cambio climatico no discrimina areas protegidas o no protegidas </li></ul>ACTUAL 2050s %cambio
  33. 33. Resultados: cambios en regiones del mundo <ul><li>Cambios en riqueza de especies bajo los dos escenarios de migración </li></ul>
  34. 34. Resultados: conservacion in situ bajo condiciones de cc <ul><li>No importa si se escoge el mejor escenario de ‘adaptacion’ (migracion ilimitada), se esperan negativos en la mayoria de las regiones </li></ul>
  35. 35. Results: in situ conservation under the context of CC <ul><li>Cambios esperados dentro de areas protegidas (PAs) a veces ocurren en margen mas amplio que en areas no-protegidas </li></ul>MIGRACION NULA MIGRACION ILIMITADA Our protected areas not prepared to conserve biodiversity in 2050
  36. 36. Results: in situ conservation under the context of CC <ul><li>Perdida de cobertura en el sistema de PAs </li></ul><ul><li>Perdida de habitats para muchas especies </li></ul>MIGRACION NULA MIGRACION ILIMITADA (+)RPT (-)DIV (-)RPT (-)DIV (+)RPT (-)DIV (+)RPT (+)DIV (+)RPT (-)DIV (-)RPT (+)DIV
  37. 37. Proximos pasos… rigor cientifico <ul><li>Se requiere una aproximacion mas detallada </li></ul><ul><ul><li>Resultados individuales por GCM (POR QUE??) </li></ul></ul><ul><ul><li>Otros escenarios de emisiones y politicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Todas las especies de GBIF con correcciones taxonomicas y geograficas </li></ul></ul><ul><ul><li>Otras epocas: 2020s, 2030s, 2040s… </li></ul></ul><ul><ul><li>Mas validacion de modelos de nicho ecologico </li></ul></ul><ul><ul><li>Migracion intermedia y por tipo de plantas </li></ul></ul><ul><ul><li>Medir tasas de extincion dentro de areas protegidas </li></ul></ul>
  38. 38. BCCR-BCM2.0 CCCMA-CGCM2 CCCMA-CGCM3.1 T47 CCCMA-CGCM3.1-T63 CNRM-CM3 IAP-FGOALS-1.0G GISS-AOM GFDL-CM2.1 GFDL-CM2.0 CSIRO-MK3.0 IPSL-CM4 MIROC3.2-HIRES MIROC3.2-MEDRES MIUB-ECHO-G MPI-ECHAM5 MRI-CGCM2.3.2A NCAR-PCM1 UKMO-HADCM3
  39. 39. BCCR-BCM2.0 CCCMA-CGCM2 CCCMA-CGCM3.1 T47 CCCMA-CGCM3.1-T63 CNRM-CM3 IAP-FGOALS-1.0G GISS-AOM GFDL-CM2.1 GFDL-CM2.0 CSIRO-MK3.0 IPSL-CM4 MIROC3.2-HIRES MIROC3.2-MEDRES MIUB-ECHO-G MPI-ECHAM5 MRI-CGCM2.3.2A NCAR-PCM1 UKMO-HADCM3
  40. 40. Que debe hacerse? Y cuando? <ul><li>Compilar los datos disponibles, evaluar su calidad y mejorar si es posible </li></ul><ul><li>Ningún método es una panacea , todos requieren refinarse </li></ul><ul><li>Evaluar la amenaza por el cambio climático para un contexto específico: Colombia </li></ul><ul><li>Diversidad genética al interior de una especie debe considerarse para estrategias de conservación </li></ul><ul><li>Prioridad sobre especies útiles para agricultura, pero no descartar las especies “inútiles” </li></ul><ul><li>DEFINIR ESTRATEGIA DE CONSERVACION NACIONAL y VERIFICAR QUE FUNCIONA </li></ul>
  41. 41. Conclusiones <ul><li>Las areas protegidas funcionan con el clima actual… al menos en el papel </li></ul><ul><li>Bajo condiciones futuras, sin embargo, las APs no conservan la biodiversidad efectivamente, incluso asumiendo migración ilimitada </li></ul><ul><li>Eficiencia en uso de recursos para areas protegidas? Especies amenazadas reconocidas? </li></ul><ul><li>La conservación in situ debe orientarse bajo el contexto de cambio climático </li></ul><ul><ul><li>Areas a fortalecer (más control) </li></ul></ul><ul><ul><li>Areas a expandir </li></ul></ul><ul><ul><li>Areas a ser re-ubicadas (si ocurre migración) </li></ul></ul><ul><li>Agricultura eco-eficiente es clave para equilibrio de agroecosistemas </li></ul><ul><li>Involucrar datos nacionales, incluir fauna… y ecosistemas marinos </li></ul>
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