Atlantic Herring MSE

Report 2 Downloads 180 Views
5. Herring (January 24-26, 2017) #1

Atlantic Herring MSE Part I ‐ Data and Methods Overview Part II – Preliminary results Dr. Jonathan Deroba, NEFSC NEFMC January 2017 Council Meeting Portsmouth, NH

1

Part I: Data and Methods Overview Multiple operating models represent uncertainty Defined in Workshop #1

Sarah Gaichas

Herring N, B, Wt Herring recruitment (high or low?) Herring natural mortality (high or low?) Herring growth (good or poor?) Herring assessment error/bias (yes or no?)

Min‐Yang Lee

Evaluate ABC control rules for each OM

2

Recruitment and Natural Mortality define Hi production and Lo production operating models

3

Recruitment and Natural Mortality define Hi production and Lo production operating models

Based on longevity and size data, and stock assessment data and fits 4

Uncertainties At the May Workshop we identified uncertainties: Herring recruitment  Herring natural mortality Herring growth Herring assessment error/bias

5

Growth good and poor growth operating models

Based on survey weight at age data

6

Uncertainties At the May Workshop we identified uncertainties: Herring recruitment  Production Herring natural mortality Hi Lo x Herring growth x Herring assessment error/bias x x

Growth Good Poor x x x x

7

Assessment Error and Bias unbiased and biased operating models

8

Assessment Error and Bias unbiased and biased operating models Biased assessment results in  biomass higher than reality 

Based on the stock assessment retrospective pattern

9

Uncertainties At the May Workshop we identified uncertainties: Production Growth Herring recruitment  Hi Lo Good Poor x x Herring natural mortality x x Herring growth x x x x Herring assessment error/bias x

x x

x x x

x x

Assessment bias On Off x x x x x x x x

Uncertainties combined into 8 different operating models 10

Fishery Selectivity

Based on purse seine and MWT age composition data

11

Predator models Stolen or adapted from presentations By Dr. Sarah Gaichas, NEFSC

12

Predator models

Are

Are not

• Focused on evaluating stock‐ wide herring ABC harvest  control rules applied annually • Developed balancing Council/  stakeholder specifications and  time constraints of MSE • Based on information from the  Northeast US shelf and most  recent stock assessments

• Spatial, do not address local  scale or seasonal dynamics • New or full stock assessments  • Accounting for any impacts on  predators other than changes  due to herring control rules • Intended to predict actual  predator population dynamics 13

Two components of predator modeling Predator population model

Herringpredator relationship

• Delay‐difference dynamics • Information required:

• What about herring…

• • • • •

Stock‐recruitment relationship Natural mortality rate Fishing mortality rate Initial population size Weight at age

• Assessments or observations

• Total abundance? Biomass? • Certain ages or sizes?

• Affects what about the predator • Predator growth • Predator reproduction • Predator survival

• And how? Base on observations 14

Predator population model summary Highly migratory

Seabird

Groundfish

Marine mammal

Stakeholder preferred species

Bluefin tuna

Common tern

Not specified

Not specified

Species modeled

Bluefin tuna  (western Atlantic  stock)

Common tern  (Gulf of Maine  colonies as defined  by GOM Seabird  Working Group)

Spiny dogfish (GOM and GB  Atlantic cod stocks  also examined)

None, data limited (Minke & humpback  whales, harbor  porpoise, harbor  seal examined)

Stock‐recruitment  (or adults, recruits)

Porch and Lauretta 2016, ICCAT 2015

Derived from  GOMSWG data

Rago and Sosebee 2010

No time series data  for our region

Natural mortality

ICCAT 2015

Nisbet 2002

Rago and Sosebee 2013, 2015

Derivable from  Waring et al. 2015?

Fishing mortality

ICCAT 2015

n/a

Rago 2016

Waring et al. 2015?

Initial population

ICCAT 2015

GOMSWG data

Rago 2016

Waring et al. 2015?

Weight at age

Restrepo et al. 2010 Nisbet 2002

Rago et al. 1998

General literature 15

Predator‐prey relationships:  Northeast US Herring vs. Antarctic krill

16

HerringPredator relationship issues/caveats • Predator populations are affected  by MANY factors, prey is one • Northeast US predators have  MANY prey options, herring is one • Time limitation enforced model  simplicity for these complex  relationships  • Our approach is to use the best‐ supported relationship for each  predator based on observations  from the Northeast US ecosystem

• Isolating a clear herringpredator relationship from observations is  difficult or impossible (e.g. cod) • Even with good observations, the  modeled herringpredator relationship may require strong  assumptions and not be  statistically significant (e.g. terns) • Apparent positive herring predator relationships may not  arise from the modeled  mechanism (e.g. dogfish) 17

Predator relationships summary Predator and overlap

Modeled herring relationship

• Western Atlantic bluefin tuna

Herring population average weight  affects bluefin tuna growth

Forage throughout North Atlantic,  seasonally in GOM

• Common terns Forage seasonally near island breeding  colonies in GOM

• Spiny dogfish Forage through same range as herring  most of the year

• Marine mammals

Herring total biomass affects  common tern reproductive success  (productivity) Herring total abundance affects  dogfish survival Food web model simulations 18

Tuna  condition

Herring  biomass

0.0230

Herring size, Gulf of Maine

“The decline in bluefin tuna condition,  0.0220 despite high prey biomass in the Gulf of  0.0215 Maine, suggests that managing for high  0.0210 abundance at middle trophic levels does  0.0205 not guarantee the success of all top  0.0200 predators. In fact, it suggests that for  0.0195 0.0190 some upper level predators, the quality  0.0185 of the prey may be more important than  0.0180 the overall abundance.” 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Growth Intercept 

0.0225

Modeled  relationship: Tuna  grow better with  heavier herring  overall, and/or  with a higher  proportion of large  herring in the  population

Herring Avg Wt

19

Tuna modeling notes • Available data do not support a positive relationship between herring and tuna populations: 1200000

60000

500000

Bluefin Tuna  Recruitment

450000 400000 350000

Bluefin Tuna  Spawning Stock Biomass

50000

600000

30000

20000

400000

20000

10000

200000

10000

30000

200000 100000 50000 0

0 0

500,000

1,000,000

1,500,000

50000 40000

300000

150000

1000000 800000

40000

250000

60000

BFTrec HerringSSB BFTSSB

0

500,000

1,000,000

Northeast US Herring Spawning Stock Biomass

1,500,000

0 1960

1970

1980

1990

2000

0 2010

Year

• Our models do not address herring/tuna interactions in a specific place or time.  Tuna follow  herring and likely aggregate around herring while feeding. • We can draw no conclusions from our modeling about predator/prey co‐occurrence at the  local scale.  • Similarly, without additional observations, we cannot extrapolate local scale co‐occurrence  to population level relationships. 20

21

Herring  Common tern

1.10 Predator Recruit Multiplier

1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

Herring Abundance

Modeled relationship:  Common tern  productivity is  improved when  herring total biomass  above a threshold  (400,000 t). Productivity diminishes  below this threshold.

22

Top groundfish predators of herring (NEFSC, 1972‐2015)

23

Dogfish, Georges  Bank cod and Gulf  of Maine cod all  ate herring in  proportion to  herring abundance,  1972‐2015.  However, increased  herring in diet was  positively related  to spawning stock  biomass only for  dogfish.

24

Herring  Dogfish

0.100

Predator Annual Natural Mortality

0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

Herring Abundance

• The dogfish relationship assumes herring abundance improves  dogfish survival because no clear relationship was found with  recruitment or growth.  • Increased survival may not be the mechanism for the observed  positive influence of herring in diet on the dogfish population. 25

Predator Modeling Summary • Our models are designed for evaluating alternative herring control  rules, not predator stock assessment and population prediction. • We caution against generalizing results for these particular predators  to other predators, as population parameters and herring  relationships differ. • Although we selected predators with high herring diet proportions,  observed predator population responses to herring alone do not  dominate dynamics, and our herringpredator models reflect that. • Predator responses to aggregate prey dynamics are likely to be much  clearer than responses to individual prey in the Northeast US  ecosystem given its food web structure. 26

Herring Output Metrics – From Workshop #1 • Spawning Stock Biomass & SSB relative to SSBMSY & SSBunfished • Probability that  • SSB =1 • Frequency that tuna weight > average

28

Output Metrics Economic • Yield: output of the herring model • Net revenue = (price*yield) – cost • Stability = the degree to which net revenue was “stable” or “streaky”  (i.e., fairly steady over time vs. booms and busts) • Net revenue and stability demonstrate similar tradeoffs as herring  yield and variation in yield, and so not presented in detail

29

Pause for Questions on Part I? Data and methods developed for  MSE models  (herring, predator and economic) 30

Fishing Mortality or Catch

Part II –Analysis of Potential Control Rules

? Biomass or Abundance

31

Six Control Rule Types presented at Workshop #2 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Biomass based Biomass based with 3 year block Biomass based with 5 year block Biomass based with 3 year block and 15% restriction Constant catch Conditional constant catch with max F = 0.5Fmsy

32

Control Rules biomass based Three ‘parameters’ with many variants

Fishing Mortality

Upper biomass parameter Max F parameter

Biomass or Abundance

Lower biomass parameter 33

Control Rules biomass based Three ‘parameters’ with many variants

Fishing Mortality

Upper biomass parameter = Lower biomass parameter = 0

Max F parameter

Biomass or Abundance 34

Control Rules biomass based Three ‘parameters’ with many variants

Fishing Mortality

Upper biomass parameter = Lower biomass parameter > 0

Max F parameter

Biomass or Abundance 35

Control Rules biomass based Three ‘parameters’ with many variants Evaluated 16 different values for each biomass threshold  ranging from 0 to 4x Bmsy Evaluated 10 different values for maximum F ranging  from 0.1 to 1.0x Fmsy 1,360 combinations

36

Control Rules status quo – biomass based with 3 year block

37

Control rules Constant Catch

Catch

One parameter Evaluated 10 different values ranging from 0.1 to 1x  MSY

Biomass or Abundance 38

Control Rules Conditional Constant Catch

Biomass or Abundance

0.5Fmsy

Catch

Fishing Mortality

Two parameters Evaluated 10 different values ranging from 0.1 to 1x  MSY with max F of 0.5Fmsy

Biomass or Abundance 39

Control Rule Types and Shapes Biomass based Biomass based with 3 year block Biomass based with 5 year block Biomass based with 3 year block and 15% restriction Constant catch Conditional constant catch with max F = 0.5Fmsy

1,360 alternatives 1,360 alternatives 1,360 alternatives 1,360 alternatives 10 alternatives 10 alternatives 5,460 alternatives x 8 operating models 43,680 40

Control Rules For each operating model, each control rule alternative was simulated for 150  years and this was repeated for 100 simulations

41

Prelim Results – Herring Yield vs Stability

42

Frequency Dogfish > 0.5Bmsy vs herring SSB

43

Frequency tern prod > 1.0 vs herring SSB

44

Frequency tuna good condt’n vs herring SSB good herring growth

45

Post Workshop #2 • At workshop: less support for BB with 15% restriction and CC/CCC ‐ Too much yield lost for short‐term stability, poor performance elsewhere ‐ More likely to require short‐term deviations in application

• Post workshop: Herring AP and Committee tasked with:  1) identifying priority metrics and tradeoffs; and  2) identifying a reasonable number of CR alternatives. • Herring PDT prepared 4 example control rule shapes, and evaluated  their performance for a handful of possible metrics. 46

Control Rules Biomass based 1,360 alternatives Biomass based with 3 year block 1,360 alternatives Biomass based with 5 year block Biomass based with 3 year block and  1,360 alternatives 1,360 alternatives 15% restriction Constant catch 10 alternatives Conditional constant catch with max F  10 alternatives = 0.5Fmsy 4,080 alternatives x 8 operating models 43,680 32,640 47

Let’s Compare 4 CRs

48

Let’s Compare 4 CRs

49

Let’s Compare 4 CRs

50

Let’s Compare 4 CRs

51

Let’s Compare 4 CRs 1. Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs 2. Examine effect of assessment bias 3. Examine effect of annual ABC, 3 year blocks, and 5 year blocks

52

Note some CRs more  robust than others

1.

Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs

Let’s Compare 4 CRs all with 3 year block – unbiased assessment Yield/MSY vs.  SSB/unfished

Yield/MSY vs.  Frequency  Overfished

53

Results more certain here

1.

Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs

Let’s Compare 4 CRs

all with 3 year block – unbiased assessment Yield/MSY vs.  Variation in  yield

Frequency  Overfished vs.  Zero ABC (no  fishery)

54

Note some CRs more  robust than others

1.

Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs

Let’s Compare 4 CRs all with 3 year block – unbiased assessment Yield/MSY vs.  Frequency SSB   Avg.  vs.  SSB/unfished

Freq. tern  prod. >=1 vs.  SSB/unfished

56

1.

Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs

Let’s Compare 4 CRs all with 3 year block – unbiased assessment Frequency  dogfish>0.5Bmsy  vs. SSB/unfished

57

1.

Let’s Compare 4 CRs

Examine tradeoffs and uncertainty in tradeoffs

all with 3 year block – unbiased assessment

Herring Yield  vs. SSB

58

Let’s Compare 4 CRs • What metrics/tradeoffs do you value most? • For example, if you highly value yield then you likely favor CRs with certainty in high  amounts of yield, but do you get “acceptable” performance for other metrics?

Note some CRs more  robust than others, esp.  Freq. Overfished

2.

Examine effect of assessment bias

Let’s Compare 4 CRs

all with 3 year block – effect of assessment bias Yield/MSY vs.  SSB/unfished

Yield/MSY vs.  Frequency  Overfished

60

Let’s Compare 4 CRs • Relying solely on biased results may duplicate other processes • We make adjustments for bias (e.g., retrospective adjustments) • We have peer review • We have an SSC

• Robustness to bias, which did vary among CRs, desirable

3.

Longer blocks cost yield  and SSB

Examine effect of annual ABC, 3 year blocks, and 5 year blocks

Status Quo CR – comparing 1, 3, and 5 years Yield/MSY vs.  SSB/unfished

Yield/MSY vs.  Frequency  Overfished

62

Let’s Compare 4 CRs • Is the short‐term stability of longer blocks worth the cost in: yield, long‐term  variation in yield, frequency of overfished, decrease in frequency of desired  tern production? • What is industry’s preferred planning horizon?

63

Other Considerations • Other tradeoffs of interest? • Identifying or refining CR alternatives can by achieved by: • Specifying preferred performance for various metrics • Moving CR parameters (Hi and low thresholds and Max‐F); “What if?”

64

Pause for Questions on Part II? Preliminary analyses of potential  control rule alternatives 65