Regional downscaling of eco-physiological theory. Confronting global predictions with local observations.

I en tid med historisk og fremtidig oppvarming av kloden trenger vi modeller som kan predikere de fremtidige økologiske konsekvensene. For marine system består disse modellene ofte av en global klimamodell knyttet til ulike temperaturdrevne funksjoner som representerer biologiske og fysiologiske effekter. De fleste slike funksjoner er svært generelle og ofte basert på gjennomsnittsverdier på tvers av arter og system. Det er derfor sannsynlig at prediksjonene blir feil for en enkelt art eller region. Dessverre vet vi lite om hvor vanlige slike feil er, ettersom modellene nesten utelukkende brukes til å predikere fremtiden, og så godt som aldri fortiden. I denne søknaden plukker vi ut sentrale modell-forventninger og skalerer dem ned til det regionale miljøet for ulike fiskebestander i norske farvann. Forventningene testes og analyseres ved hjelp av eksepsjonelt lange tidsserier, fysiologiske eksperiment og mekanistiske modeller for bioenergetikk og livshistorie. Foreløpige resultater peker mot at flere fiskearter er mer fleksible, både fysiologisk og adferdsmessig, enn generelle modeller klarer å fange opp. Disse og fremtidige prosjektresultater vil bidra til å lage bedre prediksjoner, og forhåpentligvis også utvide forståelsen vår om hvordan temperatur virker og ikke virker på ulike biologiske prosesser.

In the face of global warming, state-of-the-art eco-physiological theories and their implementation in global models make sweeping predictions that high-latitude fish populations are imperilled from unavoidable physical-physiological mechanisms. These are often rooted in reproductive constraints, and at the base we find two main theories: 1) The theory of thermal tolerance windows, predicting that spawning fish (with narrow tolerance) will encounter unavoidable thermal bottlenecks in a warming ocean. 2) The theory of temperature-dependent physiological rates, predicting an unfavourable advancement of fish spawning time, causing offspring to fall out of sync with their zooplankton food – known as trophic asynchrony These are predictions, often drawn from controlled laboratory experiments, and in turn extrapolated to global models. But just as downscaling to regional specificities and higher resolution was necessary to improve predictive ability of earth system models, so a similar biological downscaling to particular ecosystems and species is required to assess predictions at the scale relevant for population processes and ecosystem dymanics. In this project we will downscale these predictive theories for two test species - Atlantic cod and herring, among the best documented fish stocks in the world. Our previous publications and preliminary findings suggest that these species have remarkable plasticity in the timing of spawning, often opposite to that dictated by temperature, and in surprising synchrony with each other and with lower trophic levels. Here, we pick key expectations from the high-profile literature on biological effects of ocean change and attempt to downscale these to local conditions for key high-latitude fish species using particularly long and detailed timeseries of biological data, remote sensing, high-resolution water column processes, individual behavioural observations, and biological models of bioenergetics and life histories.