CDI (Community Disturbance Index) som verktøy i sedimentovervåkningen? OLF/Klif Forum for miljøovervåkning 2012 Espen Hoell Managing the future today
Innhold Historikk og bakgrunn Community Disturbance Index (CDI) Vurdering av CDI (Torgeir Bakke) Bruk av CDI ved sedimentovervåkning
Historikk for CDI Utviklet av Norsk Hydro på 1990 tallet Mer kvantitative resultater fra overvåknings undersøkelser Bedre grunnlag for valg av referanse- og prøvetakingsstasjoner Modellere lange tidsvariasjoner Sett i sammenheng med overgang til regionalt overvåkningsprogram Noen av deltagerne i utviklingen Olav Kvalheim, UiB Frode Brakstad, Hydro Reidar Arneberg, Hydro Hans Jacob Beck, Hydro Publisert PhD arbeider i 1996 og 2002 Ecological indicators 2007 Ble testet ut på flere av Hydro s felt 2000 2006 Anbefalt av John Gray for sedimentovervåkning i 2006 CDI programvare SirEnviron utviklet og eies i dag av PRS Olav Kvalheim Reidar Arneberg
Bakgrunn for å ta CDI opp igjen Hans Jacob Beck er nå i Proactima koordinering av grunnlags og overvåkningsundersøkelser BSEMP 2011 Identifisert behov for Økt kost / nytteverdi av miljøundersøkelsene Forbedre beslutningsunderlag for framtidig overvåkning Kvantitativ analyse av grunnlags- og overvåkningsundersøkelsene Bedre grunnlag for prediksjoner av framtidig påvirkning Bedret kommunikasjon av resultater Noreco m.fl. interessert i å teste ut CDI på BSEMP dataene OLF ba om CDI vurdering av Torgeir Bakke våren 2012 Etablert samarbeid mellom Proactima, PRS og TelTek (Frode Brakstad), samt Olav Kvalheim
Hva er CDI?
CDI Community Disturbance Index En multivariat statistisk metode for å modellere naturlig variasjon i sedimentprøver For eksempel i grunnlagsdata Gir et kvantitativt mål på endring fra naturlig variasjon Grad av påvirkning Modellerer naturlig variasjon på bakgrunn av biologiske, kjemiske og fysiske parametre
Latent Var 2 Latent Var 2 CDI - Community Disturbance Index Naturlig variasjon Påvirkning Latent Var 1 Latent Var 1 Påvirkning måles som avstanden til senter for naturlig variasjon - en artsavhengig og kvantitativ tilnærming
Latent Var 2 CDI modellering av forurensningsindusert påvirkning Naturig variasjon (0-1) Konfidensintervall basert på statistisk kriterier (F-test) Spesifikk bestemmelse av overgangsoner, (CDI = 1) gir forbedrede risikovurderinger Alle stasjoner klassifiseres Latent Var 1 Økende forurensning gir økende CDI 0-1 Upåvirket 1-2 Moderat påvirket 2-4 Påvirket 4-> Betydelig påvirket
CDI - Vitenskapelig dokumentasjon Massart, Bernard (1997) Environmental monitoring and forecasting by means of multivariate methods, Ph.D. Thesis, University of Bergen Flåten, Geir Rune (2002) Dynamic environmental monitoring by means of Multivariate modeling, Ph.D. Thesis, University of Bergen 31.10.2012
Status Oseberg 2001 (CDI) > 2.5 2.0-2.5 1.5-2.0 1.0-1.5 < 1.0
Gyda miljøovervåkning, CDI 2002, 2005 2002 2005
Oppdrag fra OLF våren 2012 Vurdering av CDI Torgeir Bakke
Målsetning fra Norsk Olje og Gass Å vurdere egnethet av CDI for karakteristikk og klassifisering av miljøkvalitet hos bunnfauna nytteverdi sammenliknet med andre metoder med samme formål behov for videre utvikling og utprøving av CDI CDI sin potensielle rolle i norsk sedimentovervåking generelt og knyttet til petroleumsovervåkingen spesielt
Torgeir Bakke; Vurderingsgrunnlag Publikasjon av det statistiske grunnlaget for CDI (Massart et al 1996) Sammenlikning av CDI med andre multivariate metoder (Flåten et al 2007) Evaluering av metoder brukt til analyse og klassifisering av bunnfauna...(trannum et al 2006) Brakstad et al (i manus); Kombinasjon av kjemisk og biologisk multivariat tilnærming for å bestemme påvirket areal Informasjon og presentasjoner utarbeidet av Proactima i 2011 / 2012 Annen relevant faglitteratur om indekser og statistiske metoder for definisjon av miljøtilstand hos bløtbunnsfauna Bl.a. Diaz 2004, Borja et al 2009, Kaurin 2011, DNV 2008
TB; beskrivelse av CDI En modellbasert multivariat indeks som tilordner en nummerisk verdi til en faunaprøve eller en sedimentstasjon basert på faunastruktur, artssammensetning og abundans fra standard bunnfauna analyse Formålet med CDI er å kunne gi en objektiv og kvantitativ informasjon om graden av påvirkning På bakgrunn av et utvalg referansestasjoner bygges en multivariat PCA modell Normalisert avvik fra modellen brukes som mål på forstyrrelse Størrelsen på CDI verdien vil være et mål for hvor stor påvirkningen er CDI gjør det mulig å teste signifikansen av et avvik fra den relevante referansesituasjonen CDI programvaren kan på enkel måte identifisere hvilke arter som avviker når CDI > 1, slik at stressbildet kan evalueres nærmere Men verken CDI eller andre indekser kan identifisere årsaken til avviket ut over det som artsforekomsten kan indikere
TB; Ulike indekser for påvirkning av bunnfauna Univariate indekser for biodiversitet Shannon index(h), Pielou s jevnhet (J), Hulberts rarefaction (ES100) Diversitetsindekser som tar hensyn til artssammensetning Taksonomisk diversitet (D), taksonomisk distinkthet (D*), funksjonell diversitet Indekser som reflekterer følsomhet for stress AMBI, ISI, BIOSTRESS Grafiske metoder Log normalplot, k-dominance plot Multivariate metoder Clusteranalyse, nmds, PCA, CA, CCA og CDI Multikriterie basert klassifisering Akvaplan-Niva A-D
TB; Sammenlikning CDI med andre metoder (1) En modellbasert multivariat parallell til den univariate LSC (Limit of Significant Contamination, (krav i Klif retningslinje) som brukes for å kvantifisere kontaminerte stasjoner DNV s naturlige referanseverdier (NR) for univariate benthosfauna indekser På analog måte som LSC klassifiserer CDI bunnfauna som påvirket eller ikke og kan på tilsvarende måte brukes til å beregne påvirket areal Det spesielle med CDI er at analysen kan identifisere stasjoner med et signifikant avvik fra en multivariat referansestasjon Andre multivariate metoder har ingen rutine for å teste signifikans De mest brukte (cluster og nmds) fremstiller likheter og forskjeller kun grafisk ANOSIM kan teste signifikans i forskjeller, men ser bare på relative forskjeller mellom utvalgte grupper eller prøver ikke avvik fra normaltilstand
TB; Sammenlikning CDI med andre metoder (2) CDI ble i 2007 sammenliknet med AMBI, clusteranalyse og nmds for Troll, Ekofisk og Brage Klassifiseringen samsvarte bra CDI har samme følsomhet som de multivariate metodene som idag er innarbeidet i Klifs retningslinje. Sammenliknet med Shannon, Pielous og Hurlbert indeksene gir CDI et mer nyansert bilde av faunapåvirkning, spesielt i overgangssoner CDI har like høy oppløsning som andre multivariate metoder i bruk og har klart høyere oppløsning enn de univariate samfunnsindeksene. Det anbefales å gjøre en sammenlikning mellom CDI og vanlig brukte multimetriske indekser, gjerne på et kystnært datamateriale
TB; Krav til referansestasjoner CDI forutsetter faunadata fra et utvalg referansestasjoner For å bestemme naturlig variasjon Brakstad et al i manus beskriver multivariate prosedyrer for å velge et gyldig sett av referansestasjoner så objektivt som mulig ved å benytte både kjemiske og biologiske data Valg av referansestasjoner er en kritisk faktor for en rekke metoder, inkludert LSC
TB; Anbefaling - videre utvikling og utprøving av CDI Undersøke i hvilken grad CDI klassifiserer stasjoner som påvirket eller ikke Oppløsning sammenliknet med multimetriske indekser for diversitet og sårbarhet Uttesting på et annet materiale enn det som ble brukt for å utvikle metoden Utprøving på et materiale som ikke har tilknytning til offshore overvåkning vil være interessant Bunnfauna i kystnære farvann?
TB; Nytteverdien av CDI i offshore overvåkning CDI kvantifiserer og illustrerer graden av forstyrrelse på en mer lettfattelig måte enn andre multivariate metoder i bruk offshore har innarbeidet statistiske rutiner for å teste avvik fra faunastruktur på referansestasjoner CDI er en faunaparallell til LSC for kjemiske forhold og NR for biologiske forhold bør være overlegen NR siden den reflekterer langt mer av den totale informasjonen fra en fauna- analyse gir foreløpig ikke en grafisk framstilling av faunalikhet mellom stasjoner og prøver, slik clusteranalyse og ordinering gjør
TB; Hovedinntrykk CDI vil kunne være et nyttig analyseverktøy i offshore overvåkningen Metoden vil pr i dag ikke kunne erstatte metoder innarbeidet i Klifs retningslinje Men vil kunne utgjøre en verdifull ny statistisk dimensjon av databearbeidelsen CDI bør også kunne få en rolle i annen kvantitativ overvåkning av effekter på komplekse biologiske samfunn, forutsatt tilstrekkelig utprøving
Forslag til bruk av CDI ved sedimentovervåkning i 2013
Grunnlagsundersøkelser BSEMP 2011 BSEMP 2011 har brakt fram et unikt datamateriale Upåvirket området, med naturlig variasjon i bunnfauna, kjemi og sedimentforhold Hvordan få fram optimal kvantitativ informasjon fra dette? Bruke CDI for best mulig valg av referansestasjoner Bedre beslutningsgrunnlag for framtidig miljøovervåkning av aktiviteter, bedre valg av målestasjoner erfaringsbasert dynamisk design bedre grunnlag for prediksjoner av framtidig påvirkning
Overvåkningsundersøkelse 2013 Test av CDI på data fra kommende års sedimentundersøkelser Klassifisering av forurensningsgrad på stasjoner Sammenlikne CDI med andre multimetriske indekser og metoder Teste validitet av referansestasjoner Kvantifisere påvirket areal
Kontakt oss: www.proactima.com Managing the future today