Climate Change, Range Shifts, and Conservation of BiodiversityChangement Climatique, Déplacements d’Aires de Répartition et Conservation de la Biodiversité
Climate change is shifting the distribution of life on Earth. As global temperatures rise, natural environments can become too warm for resident species to survive, and/or become warm enough for species from different environments to establish and persist. Together, range contractions at warm edges and expansions at cool edges lead to shifts in species’ distribution ranges across landscapes. Species’ range shifts have been observed across ecosystems and taxonomic groups, and are changing the ways that we interact with, manage, and conserve biodiversity.
Range shifts present new challenges for conservation and resource management. Most tools that we have for conserving nature are fixed in space, and yet the species they are designed to protect are increasingly mobile. In marine ecosystems, the establishment of protected areas can benefit species by reducing stress from harvest and human disturbances, which can otherwise compound the effects of climate change and other environmental pressures. When species redistribute in response to climate change, they may gain or lose protective coverage by shifting into or out of conservation areas, leading to potential vulnerabilities across their distribution ranges. Range shifts can also alter the structure and function of ecosystems within protected areas as the arrival or departure of species changes the ecological dynamics of resident communities. Thus, the effects of species redistributions will be pertinent both for the conservation outcomes of individual species, and for ecosystems within conservation areas as the effects of climate change continue.
In order to adapt to the challenges of climate-driven biodiversity shifts, management strategies need to anticipate ecological change and its interactions with conservation networks. Species with positive responses to climate change will require different management strategies than species at climate risk, and management zones with projected increases in biodiversity will call for different interventions than those with projected declines. Characterizing projected biodiversity changes across species’ ranges, management zones, and ecosystems will better prepare conservation networks to adapt in a changing world.
Here, we ask how climate change will affect fish species within Canada’s marine environment, and how shifting species’ ranges will interact with conservation efforts throughout the end of the century. We use species distribution projections for 1,205 fish species– including 111 species of economic importance– to assess climate change and conservation outcomes across Canada’s oceans.
Le changement climatique modifie la répartition de la vie sur Terre. Avec l’augmentation des températures mondiales, certains environnements naturels deviennent trop chauds pour que les espèces résidentes puissent survivre, tandis que d’autres deviennent suffisamment tempérés pour permettre à des espèces provenant d’autres milieux de s’y établir et de persister. Ensemble, les contractions aux marges chaudes et les expansions aux marges froides entraînent des déplacements des aires de répartition des espèces à travers les paysages. Des déplacements dans les aires de répartition géographique des espèces ont été observés à travers divers écosystèmes et groupes taxonomiques, modifiant la manière dont nous interagissons avec la biodiversité, la gérons et la conservons.
Ces changements de répartition posent de nouveaux défis pour la conservation et la gestion des ressources. La plupart des outils que nous utilisons pour préserver la nature sont fixes spatialement, alors que les espèces qu’ils sont censés protéger deviennent de plus en plus mobiles. Dans les écosystèmes marins, l’établissement de zones protégées peut bénéficier aux espèces en réduisant le stress lié à la pêche et aux perturbations humaines, qui peuvent autrement amplifier les effets du changement climatique et d’autres pressions environnementales. Lorsque les espèces se redistribuent en réponse au changement climatique, elles peuvent gagner ou perdre une couverture protectrice en se déplaçant à l’intérieur ou à l’extérieur des zones de conservation, ce qui peut entraîner des vulnérabilités potentielles tout au long de leurs aires de répartition. De plus, ces déplacements peuvent modifier la structure et le fonctionnement des écosystèmes au sein des zones protégées, car l’arrivée ou le départ d’espèces change la dynamique écologique des communautés résidentes. Ainsi, les effets de la redistribution des espèces seront pertinents tant pour les résultats de conservation des espèces individuelles que pour les écosystèmes au sein des zones de conservation à mesure que les effets du changement climatique se poursuivent.
Pour s’adapter aux défis posés par les déplacements de biodiversité induits par le climat, les stratégies de gestion doivent anticiper les changements écologiques et leurs interactions avec les réseaux de conservation. Les espèces réagissant positivement au changement climatique nécessiteront des stratégies de gestion différentes de celles des espèces en danger climatique, et les zones de gestion avec des augmentations projetées de la biodiversité appelleront des interventions différentes de celles avec des déclins projetés. Caractériser les changements de biodiversité projetés à travers les aires de répartition des espèces, les zones de gestion et les écosystèmes préparera mieux les réseaux de conservation à s’adapter dans un monde en mutation.
Ici, nous nous interrogeons sur la manière dont le changement climatique affectera les espèces de poissons dans l’environnement marin du Canada, et comment les déplacements des aires de répartition des espèces interagiront avec les efforts de conservation jusqu’à la fin du siècle. Nous utilisons des projections de distribution pour 1 205 espèces de poissons — y compris 111 espèces d’importance économique — pour évaluer les résultats du changement climatique et de la conservation dans les océans du Canada.
ObjectivesObjectifs
- Quantify projected climate impacts to 1,205 marine fish species in Canada.
- Identify spatial patterns of biodiversity change across Canada’s ocean territory and within marine management zones
- Assess policy actions for addressing climate-driven biodiversity shifts.
- Quantifier les impacts climatiques projetés sur 1 205 espèces de poissons marins au Canada.
- Identifier les modèles spatiaux de changement de biodiversité à travers le territoire océanique du Canada et au sein des zones de gestion marine.
- Évaluer les actions politiques pour aborder les déplacements de biodiversité induits par le climat.
Explore Project ComponentsExplorer les Composants du Projet
1. Marine Conservation in Canada1. Conservation Marine au Canada
Conservation Goals and Tools in Canada
Canada oversees the world’s 7th largest ocean territory, covering more than 5 million square kilometers and spanning three oceans. Efforts to conserve the nation’s marine environment have increased rapidly in recent years, driven in part by international targets to conserve 10% of ocean area by 2020 – a goal which Canada surpassed in 2019 – and 30% by 2030.
Currently, about 15% of Canada’s marine territory is protected, but national strategies for conservation have taken several forms that differ in their levels of protection and permanence. Together, these different tools have helped the nation make progress towards its conservation goals, but they might not all confer the same benefits to species. Broadly, Canada conserves its marine regions using three main types of conservation areas:
- Marine Protected Areas (MPAs): Permanent conservation areas explicitly created for the preservation of biodiversity. Generally, these areas have the highest and most consistent standards of protection, and are thought to be the most effective for long-term conservation.
- Other Effective Area-Based Conservation Areas (OECMs): Areas designed for other primary purposes that nonetheless contribute to biodiversity conservation. These regions can vary in their specific prohibitions, but are included in conservation totals in national assessments.
- Temporary, Proposed, or Interim Marine Protected Areas (TMPAs): Areas with temporary or proposed protections, for implementation or strengthened protections following periods of further study. Here, this category includes proposed federal protected areas and Territorial Reserves for Protected Area Purposes (TRPAPs) in Quebec.
Objectifs et outils de conservation au Canada
Le Canada supervise le septième plus grand territoire océanique au monde, couvrant plus de 5 millions de kilomètres carrés et s’étendant sur trois océans. Les efforts pour conserver l’environnement marin du pays ont augmenté rapidement ces dernières années, en partie grâce aux objectifs internationaux visant à conserver 10 % de la superficie océanique d’ici 2020 — un objectif que le Canada a dépassé en 2019 — et 30 % d’ici 2030.
Actuellement, environ 15 % du territoire marin du Canada est protégé, mais les stratégies nationales de conservation ont pris plusieurs formes qui diffèrent par leurs niveaux de protection et de permanence. Ensemble, ces différents outils ont aidé le pays à progresser vers ses objectifs de conservation, mais ils ne confèrent pas tous les mêmes avantages aux espèces. De manière générale, le Canada conserve ses régions marines en utilisant trois principaux types de zones de conservation :
- Aires Marines Protégées (AMP) : Zones de conservation permanentes créées explicitement pour la préservation de la biodiversité. Généralement, ces zones ont les normes de protection les plus élevées et les plus cohérentes, et sont considérées comme les plus efficaces pour la conservation à long terme.
- Autres Mesures de Conservation Efficaces par Zone (AMCEZ) : Zones conçues pour d’autres objectifs principaux qui contribuent néanmoins à la conservation de la biodiversité. Ces régions peuvent varier dans leurs interdictions spécifiques, mais sont incluses dans les totaux de conservation dans les évaluations nationales.
- Aires Marines Protégées Temporaires (AMPT) : Zones avec des protections temporaires ou proposées, en vue de leur mise en œuvre ou de protections renforcées après des périodes d’étude supplémentaire. Ici, cette catégorie inclut les zones protégées fédérales proposées et les réserves territoriales à des fins de protection des zones (TRPAP) au Québec.
Explore Canada’s Marine Conservation Areas:Explorez les aires marines de conservation du Canada:
Fig. 1.1. Map of marine conservation areas in Canada, colored by area type. In total, we included 671 marine conservation areas that were located inside the Canadian EEZ and intersected at least one marine fish range, but condensed some small coastal and adjacent sites together for computation, resulting in 356 individual spatial polygons. Hover over shapes to see a description of each site. Carte des zones de conservation marine au Canada, colorée par type de zone. colorées selon le type de zone. Au total, nous avons inclus 671 zones de conservation marine situées à l’intérieur de la ZEE canadienne et intersectant au moins une aire de répartition de poisson marin, mais avons regroupé certains petits sites côtiers et adjacents pour le calcul, aboutissant à 356 polygones spatiaux individuels. Survolez les formes pour voir une description de chaque site.
2. Climate Impacts to Fish Species2. Impacts du Climat sur les Poissons
Projected Increases of Canadian Fish
Using present (2010) and future (2100) habitat suitability projections for 1,205 species, we found that climate impacts to marine fish within the Canadian Exclusive Economic Zone (EEZ) are generally positive, assuming that fish ranges will shift with changing climates. Because Canada’s marine region is large and temperate, effects of warming will generally lead to increases in habitat suitability for species. Fish species in the Canadian marine environment are often inhabiting the coldest edge of their environmental tolerance ranges in the present, and thus, increases in temperature will make the region more suitable for these species in the future. As suitability increases, fish distribution ranges are projected to expand further into Canadian waters, with large areas outside of species’ current distributions becoming suitable via climate change, but only small sections of species’ present ranges becoming unsuitable by the end of the century.
We found that 66% of species had positive changes in habitat suitability between present and future distributions, calculated as the sum of habitat suitability values (0-1) across all cells within the Canadian EEZ, and 71% of species are projected to expand their ranges within Canadian waters. As species ranges expand at cold edges and contract at warm edges, we found that 71% of species’ potential expansion zones are larger than potential contraction zones within the Canadian EEZ, with most species having very small areas of projected range contraction. For over half of species, contraction zones made up less than 5% of total range area (including expansion areas, maintained areas, and contraction areas, Fig 2.1).
Augmentations Projetées des Poissons Canadiens
En utilisant les projections actuelles (2010) et futures (2100) de l’adéquation de l’habitat pour 1 205 espèces, nous avons constaté que les impacts du climat sur les poissons marins dans la zone économique exclusive (ZEE) du Canada sont généralement positifs, en supposant que les aires de répartition des poissons se déplaceront en fonction des changements climatiques. La région marine du Canada étant vaste et tempérée, les effets du réchauffement entraîneront généralement une augmentation de l’adéquation de l’habitat pour les espèces. Les espèces de poissons de l’environnement marin canadien se trouvent souvent à l’extrémité la plus froide de leur plage de tolérance environnementale à l’heure actuelle et, par conséquent, l’augmentation de la température rendra la région plus propice à ces espèces à l’avenir. À mesure que l’adéquation augmente, les aires de répartition des poissons devraient s’étendre davantage dans les eaux canadiennes, de vastes zones en dehors des aires de répartition actuelles des espèces devenant adéquates en raison du changement climatique, mais seules de petites sections des aires de répartition actuelles des espèces devenant inadéquates d’ici la fin du siècle.
Nous avons constaté que 66 % des espèces ont connu des changements positifs dans l’adéquation de l’habitat entre les distributions actuelles (2010) et futures (2100), calculés comme la somme des valeurs d’adéquation de l’habitat (0-1) à travers toutes les cellules de la ZEE canadienne, et que 71 % des espèces devraient étendre leurs aires de répartition dans les eaux canadiennes. À mesure que les aires de répartition des espèces s’étendent aux limites froides et se contractent aux limites chaudes, nous avons constaté que 71 % des zones d’expansion potentielles des espèces sont plus grandes que les zones de contraction potentielles dans la ZEE canadienne, la plupart des espèces ayant de très petites zones de contraction projetées. Pour plus de la moitié des espèces, les zones de contraction représentaient moins de 5 % de leur aire de répartition totale (y compris les zones d’expansion, les zones maintenues et les zones de contraction, Fig. 2.1).
Fig. 2.1. Climate Impacts to Canadian Fishes. Change in habitat suitability (left), change in range area (center), and size of expansions vs contractions (right) for 1,205 fish species between present (2010) and future (2100) projected distribution ranges within the Canadian EEZ. Blue points indicate increases, and red points indicate decreases, black lines are 1:1. Outlined points represent 111 harvested species; hover outlined points for details on individual species.Fig 2.1. Impacts du Climat sur les Poissons Canadiens. Évolution de l’habitat (à gauche), de l’aire de répartition (au centre) et de l’ampleur des expansions et des contractions (a droit) pour 1 205 espèces de poissons. Les points bleus indiquent les augmentations et les points rouges les diminutions. Les points encadrés représentent 111 espèces pêchées ; survolez-les pour plus de détails.
Still, Most Fish Ranges are Underprotected
Although Canada is currently protecting about 15% of its marine territory through Marine Protected Areas and other protective measures, most species’ ranges within the Canadian EEZ have protection levels below this threshold. Of all fish species included in this study, only 47% had ranges that were protected to the same level, indicating that conservation efforts within the Canadian marine territory are underrepresented within species’ ranges (Fig 2.2). For harvested species, this proportion was even lower (30% of 111 species sufficiently protected to a 15% threshold in the present), potentially leaving key marine resources at risk.
The proportion of fish species “sufficiently protected” within the Canadian EEZ is even lower when filtering to only the most highly-protected and permanent conservation areas (Full MPAs, Fig 2.2 purple bars). Across both present and future scenarios and all thresholds of sufficient protection, OECMs and TMPAs contributed greatly to the number of species considered to have sufficient protective coverage. While temporary and partially-protected sites offer benefits to some species, their regulations are more inconsistent– sometimes limited to specific harvest methods or species of key concern– and might not benefit all species within a region. Considering this, sufficient protection of species could be even lower than we estimate here.
Sufficient protection levels also decreased between species’ present and future distributions. For all sufficient thresholds (10%, 14.6%, and 30%) and both species groups (harvested species and all species), smaller proportions of species met sufficient protection thresholds in future distributions compared to in present distributions. Decreases in the proportion of sufficiently protected species as a consequences of range shifts indicates that Canada’s conservation network may not be adequately designed for shifting distribution ranges.
Use the plot below to view the proportion of species (percent of 1,205 fish ranges assessed) by three “sufficient protection” thresholds: (1) 10% of range area, mirroring the Aichi Target 11 goal of ocean spatial protection by 2020 and the minimum level of protection thought to confer benefit to species, (2) 14.6% of range area, equivalent to the current spatial protection level of the Canadian EEZ, and (3) 30% of range area, mirroring the “30x30” goal of protecting 30% of ocean area by 2030.
Cependant, la Plupart des Aires de Répartition des Poissons sont Sous-Protégées
Bien que le Canada protège actuellement environ 15 % de son territoire marin au moyen d’aires marines protégées et d’autres mesures de protection, la plupart des aires de répartition des espèces dans la ZEE canadienne ont des niveaux de protection inférieurs à ce seuil. Sur l’ensemble des espèces de poissons incluses dans cette étude, seulement 47 % avaient des aires de répartition protégées au même niveau, ce qui indique que les efforts de conservation sur le territoire marin canadien sont sous-représentés dans les aires de répartition des espèces (Fig. 2.2). Pour les espèces exploitées, cette proportion était encore plus faible (30 % des 111 espèces suffisamment protégées à un seuil de 15 % dans le présent), ce qui pourrait mettre en péril des ressources marines essentielles.
La proportion d’espèces de poissons « suffisamment protégées » dans la ZEE canadienne est encore plus faible si l’on filtre uniquement les aires de conservation permanentes les plus hautement protégées (AMP intégrales, Fig 2.2 barres violettes). Dans les scénarios actuels et futurs et pour tous les seuils de protection suffisante, les OECM et les TMPA ont largement contribué au nombre d’espèces considérées comme bénéficiant d’une protection suffisante. Alors que les sites temporaires et partiellement protégés offrent des avantages à certaines espèces, leurs réglementations sont plus incohérentes - parfois limitées à des méthodes de récolte spécifiques ou à des espèces particulièrement préoccupantes - et pourraient ne pas bénéficier à toutes les espèces d’une région. Par conséquent, la protection suffisante des espèces pourrait être encore plus faible que ce que nous estimons ici.
Les niveaux de protection suffisante ont également diminué entre les distributions actuelles et futures des espèces. Pour tous les seuils suffisants (10 %, 14,6 % et 30 %) et pour les deux groupes d’espèces (espèces exploitées et toutes les espèces), des proportions plus faibles d’espèces ont atteint les seuils de protection suffisante dans les distributions futures par rapport aux distributions actuelles. La diminution de la proportion d’espèces bénéficiant d’une protection suffisante à la suite des déplacements de l’aire de répartition indique que le réseau de conservation du Canada n’est peut-être pas conçu de manière adéquate pour les aires de répartition changeantes.
Utilisez le graphique ci-dessous pour visualiser la proportion d’espèces (pourcentage des 1 205 aires de répartition évaluées) en fonction de trois seuils de « protection suffisante » : (1) 10 % de l’aire de répartition, reflétant l’objectif 11 d’Aichi de protection spatiale des océans d’ici 2020 et le niveau minimum de protection considéré comme bénéfique pour les espèces, (2) 14,6 % de l’aire de répartition, équivalent au niveau actuel de protection spatiale de la ZEE canadienne, et (3) 30 % de l’aire de répartition, reflétant l’objectif « 30x30 » de protection de 30 % de l’aire de répartition des océans d’ici 2030.
Fig. 2.2 Proportion of species that meet sufficient protection levels by three criteria: 10%, 14.6%, and 30% of species’ distribution ranges within protected areas, which mirror conservation targets for 2020 (10% of ocean area), current ocean protection (14.6%) and targets for 2030 (30% of ocean area). Purple bars show species sufficiently protected using only Full MPAs, and orange bars show proportion of species added when other conservation measures (OECMs & TMPAs) are included.Proportion d’espèces satisfaisant à des niveaux de protection « suffisants » selon trois critères : 10 %, 14,6 % et 30 % de leur aire de répartition au sein des aires protégées, qui reflètent les objectifs de conservation pour 2020 (10 % de la superficie océanique), la protection actuelle des océans (14,6 %) et les objectifs pour 2030 (30 % de la superficie océanique). Les barres violettes indiquent les espèces suffisamment protégées uniquement par les AMP complètes, et les barres orange indiquent la proportion d’espèces ajoutées lorsque d’autres mesures de conservation (OECM et AMPt) sont incluses.
Range Expansions will Decrease Proportional Protection for Species
L’extension de la portée réduira la protection proportionnelle
Although Canadian waters are becoming more suitable for most fish species, and distribution ranges are generally projected to increase in area within the Canadian EEZ (Fig 2.1), most individual species are projected to lose protective cover by shifting their ranges. We found that 64% of species had lower proportions of protection in their future compared to the present distribution ranges (Fig 2.3). This finding indicates that species are shifting further into Canadian waters, but into regions that lack conservation measures. Lack of protection on these leading edges of shifting species’ ranges could prevent species’ from successfully establishing into newly-climatically-suitable areas. Increased protection in areas of projected range expansions could serve to “catch” shifting populations while species expand towards suitable environments.
Bien que les eaux canadiennes deviennent plus propices à la plupart des espèces de poissons et que les aires de répartition devraient généralement s’étendre dans la ZEE canadienne (Fig. 2.1), la plupart des espèces individuelles devraient perdre leur couverture protectrice en déplaçant leurs aires de répartition. Nous avons constaté que 64% des espèces avaient des proportions de protection plus faibles dans leur aire de répartition future que dans leur aire de répartition actuelle (Fig 2.3). Cette constatation indique que les espèces se déplacent davantage dans les eaux canadiennes, mais dans des régions qui ne bénéficient pas de mesures de conservation. L’absence de protection à la périphérie des aires de répartition des espèces en déplacement pourrait empêcher ces dernières de s’établir avec succès dans de nouvelles zones climatiquement adaptées. Une protection accrue dans les zones où l’on prévoit une expansion de l’aire de répartition pourrait permettre de « rattraper » les populations en déplacement pendant que les espèces s’étendent vers des environnements adéquats.
Fig. 2.3 Proportion of individual species’ ranges within conservation areas in the present and future. Points represent marine fish species in the Canadian EEZ, positioned by the proportion of their total distribution range within conservation areas in the present (2010, x-axis) and in the future (2100, y-axis). Blue points represent protection gains by shifting, red points represent protection losses. Dotted lines mirror ocean spatial conservation goals: 10% of ocean area by 2020, 14.6% currently protected, and 30% by 2030. Proportion de l’aire de répartition des espèces individuelles dans les aires de conservation dans le présent et le futur. Les points représentent les espèces de poissons marins de la ZEE canadienne, positionnées en fonction de la proportion de leur aire de répartition totale dans les aires de conservation dans le présent (2010, axe x) et dans le futur (2100, axe y). Les points bleus représentent les gains de protection par déplacement, les points rouges les pertes de protection. Les lignes en pointillé reflètent les objectifs de conservation de l’espace océanique : 10 % de la zone océanique d’ici à 2020, 14,6 % actuellement protégés et 30 % d’ici à 2030.
3. Biodiveristy shifts across space3. La Biodiversité Évolue dans l’Espace
Northwestward Shifts Across the Canadian EEZ
Using fish suitability projections for the present (2010) and future (2100), we assessed potential climate-driven biodiversity changes within all individual grid cells across the Canadian EEZ by two metrics: Species Richness, the total number of species with suitability values above species-specific thresholds to determine presence, and Total Habitat Suitability, the sum of 0-1 habitat suitability values for all species within a grid cell. For both metrics, we calculated the Total Change, which generally positively correlates with the total number of species in the community, and the Log2 Ratio of Change, which normalizes change values between communities with different richness levels.
While regions of peak richness and total habitat suitability remained
the nearshore Pacific coast and Bay of Fundy region across present and
future projections, both metrics demonstrated projected shifts in the
northwestward direction between timepoints, particularly across the
Atlantic and Arctic oceans. Regions in the far south and east of the
Canadian EEZ – the offshore Bay of Fundy region and offshore Labrador
Sea – showed notable declines in richness and total habitat suitability,
contrasting strong positive trends across the Gulf of St. Lawrence,
Hudson’s Bay region, and the Arctic (Fig 3.1). The Pacific region showed
relatively little change, with similar patterns of biodiversity in both
timepoints and small absolute and Log2-scaled change (Fig 3.1).
Déplacements vers le Nord-Ouest dans la ZEE Canadienne
En utilisant les projections de l’aptitude des poissons pour le présent (2010) et l’avenir (2100), nous avons évalué les changements potentiels de la biodiversité induits par le climat dans toutes les cellules de la grille de la ZEE canadienne à l’aide de deux mesures : richesse des espèces - le nombre total d’espèces dont les valeurs d’adéquation sont supérieures aux seuils spécifiques aux espèces pour déterminer leur présence, et et l’adéquation totale de l’habitat : la somme des valeurs d’adéquation de l’habitat de 0 à 1 pour toutes les espèces. Pour les deux mesures, nous avons calculé le changement total, qui est généralement en corrélation positive avec le nombre total d’espèces dans la communauté, et le rapport Log2 du changement, qui normalise les valeurs de changement entre les communautés ayant des niveaux de richesse différents.
Alors que les régions où la richesse et l’adéquation totale de l’habitat sont les plus élevées sont restées la côte du Pacifique et la région de la baie de Fundy dans les projections actuelles et futures, les deux mesures ont montré des déplacements projetés vers le nord-ouest entre les points temporels, en particulier dans les océans Atlantique et Arctique. Les régions situées à l’extrême sud et à l’est de la ZEE canadienne - la région au large de la baie de Fundy et au large de la mer du Labrador - ont enregistré des baisses notables de la richesse et de l’adéquation totale de l’habitat, contrastant avec les fortes tendances positives observées dans le golfe du Saint-Laurent, la région de la baie d’Hudson et l’Arctique (fig. 3.1). La région du Pacifique a connu relativement peu de changements, avec des schémas de biodiversité similaires pour les deux périodes et de faibles changements absolus et à l’échelle Log2 (Fig 3.1).
Fig. 3.1. Climate-driven
ecological change projections across the Canadian EEZ. Total species
richness (top row) and total habitat suitability (bottom row) in ocean
conditions in present and future scenarios (2010 and 2100, columns 1-2),
and change between timepoints expressed as raw unit-change (column 3)
and Log2 ratio of change (column 4)Projections des changements écologiques induits par
le climat dans la ZEE canadienne. Richesse totale des espèces (en
haut) et adéquation totale de l’habitat (en bas) dans les conditions
océaniques dans les scénarios présents et futurs (2010 et 2100)
(colonnes 1-2), et changement entre les points temporels exprimé en
changement d’unité (colonne 3) et ratio Log2 de changement (colonne
4)
We further assess projected biodiversity changes within Canada’s
twelve marine bioregions, which are classified based on geological,
oceanographic, and ecological characteristics and provide framework for
the national marine conservation network. We summarized the above
metrics (present values, future values, total change, and Log2-ratio
change of species richness and total habitat suitability) within
bioregions by calculating the mean value of each metric across all grid
cells in each region. We again observed regional patterns of projected
change (Fig 3.2). Bioregions in the Pacific had the highest average
values of richness and total suitability in both present and future
timepoints and small projected changes. Bioregions in the Atlantic were
dynamic, with moderate richness and total suitability and large
unit-changes in both positive and negative directions between present
and future climate projections. Bioregions in the Arctic were
characterized by low richness and low total suitability in both
timepoints, but comparable unit-changes of both metrics to the other
oceans; when scaled to the initial values (Log2-ratio change), Arctic
regions showed the highest projected biodiversity changes from range
shifts, consistently in the positive direction.
The Hudson’s Bay Complex and Gulf of St. Lawrence bioregions showed the highest unit-values of projected change in species richness and total habitat suitability, and are likely to be expansion zones for many fish species. The Arctic Archipelago and Arctic Basin showed the highest Log2 ratios of change, indicating that ecosystems in these regions will experience the most drastic changes from shifting species. Only the Scotian Shelf and Strait of Georgia had negative mean values of change, although the latter totaled only a 1% decrease in species richness and total suitability.
Hover for information, click bars or polygons to highlight regions, double-click to reset:
Nous évaluons également les changements de biodiversité prévus dans les douze biorégions marines du Canada, qui sont classées en fonction de leurs caractéristiques géologiques, océanographiques et écologiques et qui constituent le cadre du réseau national de conservation marine. Nous avons résumé les paramètres ci-dessus (valeurs actuelles, valeurs futures, changement total et changement du rapport Log2 de la richesse des espèces et de l’adéquation totale de l’habitat) au sein des biorégions en calculant la valeur moyenne de chaque paramètre dans toutes les cellules de la grille de chaque région. Nous avons à nouveau observé des modèles régionaux de changement projeté (Fig 3.2). Les biorégions du Pacifique présentaient les valeurs moyennes les plus élevées de richesse et d’adéquation totale, à la fois pour les périodes actuelles et futures, et les changements projetés étaient faibles. Les biorégions de l’Atlantique étaient dynamiques, avec une richesse et une adéquation totale modérées et des changements unitaires importants, tant positifs que négatifs, entre les projections climatiques actuelles et futures. Les biorégions de l’Arctique se caractérisent par une faible richesse et une faible adéquation aux deux périodes, mais des changements unitaires comparables à ceux des autres océans pour les deux mesures ; une fois ramenées aux valeurs initiales (changement de rapport logarithmique), les régions de l’Arctique présentent les changements de biodiversité les plus importants dus aux déplacements de l’aire de répartition, toujours dans le sens positif.
Les biorégions du Complexe de la Baie d’Hudson et du Golfe du Saint-Laurent présentent les valeurs unitaires les plus élevées des changements projetés dans la richesse des espèces et l’adéquation totale de l’habitat, et sont susceptibles d’être des zones d’expansion pour de nombreuses espèces de poissons. L’Archipel Arctique et le Bassin Arctique présentent les rapports Log2 de changement les plus élevés, ce qui indique que les écosystèmes de ces régions connaîtront les changements les plus radicaux en raison du déplacement des espèces. Seuls le Plate-forme Scotian et le Détroit de Géorgia présentent des valeurs moyennes de changement négatives, bien que ces derniers ne totalisent qu’une diminution de 1 % de la richesse en espèces et de l’adéquation totale.
Survolez pour obtenir des informations, cliquez sur les barres ou les polygones pour mettre en évidence les régions, double-cliquez pour réinitialiser :
Fig. 3.2. Mean values across twelve marine bioregions. Map of marine bioregions in the Canadian EEZ (left), and mean values across raster cells of richness (top) and total habitat suitability (bottom) displayed as present mean value (2010, column 1), future mean value (2100, column 2), total change 2010-2100 (column 3), and Log2 ratio of change 2010-2100 (column 4).Valeurs moyennes dans douze biorégions marines. Carte des biorégions marines de la ZEE canadienne (à gauche) et valeurs moyennes de la richesse (en haut) et de l’adéquation totale de l’habitat (en bas) dans les cellules matricielles, sous forme de valeur moyenne actuelle (2010, colonne 1), de valeur moyenne future (2100, colonne 2), de changement total 2010-2100 (colonne 3) et de rapport Log2 du changement 2010-2100 (colonne 4).
Regional and continental-scale patterns of biodiversity change demonstrate the dynamic mosaic over which the Canadian conservation network exists. Conservation areas in regions of decline will have different outlooks for climate change and provide different benefits to species than those in regions of increasing suitability. Assessing protected area networks in the context of large-scale change can provide guidance on management for specific areas, species, or environments.
Les modèles de changement de la biodiversité à l’échelle régionale et continentale démontrent la mosaïque dynamique dans laquelle s’inscrit le réseau de conservation canadien. Les zones de conservation situées dans des régions en déclin auront des perspectives différentes en matière de changement climatique et offriront des avantages différents aux espèces que celles situées dans des régions de plus en plus adaptées. L’évaluation des réseaux d’aires protégées dans le contexte d’un changement à grande échelle peut fournir des orientations sur la gestion de zones, d’espèces ou d’environnements spécifiques.
4. Linking Climate Projections and Conseravtion Policies4. Projections Climatiques et les Politiques de Conservation
Conservation Gaps for Present and Future Biodiversity
We found that while about 15% of the Canadian EEZ is currently protected, fewer than half of marine fishes’ ranges are protected to the same extent (Fig 2.2), and that while the majority of fish species will be positively affected by climate change (Fig 2.1), range expansions into Canadian waters will lead to species losing, not gaining protective cover (Fig 2.3). Taken together, these findings suggest that the current marine conservation network in Canada is not effectively covering regions of high fish biodiversity in the present, or regions into which fish ranges are projected to expand in the future. To address these hypotheses, we quantified the extent of current marine spatial protection as a proportion of total area of each of the twelve Canadian marine bioregions, and compared protective coverage with mean present and future biodiversity values and projected changes in each region (Fig 3.2). We identified two notable gaps in current and future spatial distribution of conservation effort in Canada.
First, regions of high biodiversity did not align with regions of high protective cover. The bioregions ranking first and third in both present and future biodiversity (mean species richness and mean total habitat suitability per cell) – the Southern Shelf and Strait of Georgia in the Pacific – had some of the lowest proportional coverage of conservation areas, totaling 3 and 5% of their areas, respectively (Table 4.1). Conversely, the region with the highest protective cover, the Arctic Basin, had the lowest average fish biodiversity of any marine bioregion (Table 4.1). While maximizing coverage of fish ranges is not the only goal of marine conservation network designs, these discrepancies highlight imbalances between conservation efforts and biodiversity distributions, and might explain why the proportion of spatial protection across the Canadian EEZ is not reflected within the ranges of most marine fish. Increased conservation efforts in these regions could help to sufficiently cover fish species ranges.
Second, species’ expansion zones lacked sufficient protection. The two regions with the highest projected biodiversity gains from climate change (total change in mean species richness and mean habitat suitability) – the Gulf of Saint Lawrence and Hudson Bay Complex bioregions – also had protection levels below the national average, totaling 8% and 1% of their areas, respectively (Table 4.2). Expanded protection in these regions could more sufficiently cover the leading edges of shifting species’ ranges, and facilitate the expansion of populations into newly-climatically-suitable areas. The Scotian Shelf bioregion was the only bioregion to show notable negative biodiversity responses due to climate change. Conservation areas in this region could therefore be particularly important for sustaining populations at trailing edges of shifting ranges by removing additional pressures where climates are already becoming unfavorable. Conservation areas in the Scotian Shelf might serve a unique purpose to fish biodiversity in Canada: “holding” species distributions in sections of decline rather than “catching” expanding populations.
Les lacunes en Matière de Conservation de la Biodiversité Actuelle et Future
Nous avons constaté qu’alors qu’environ 15 % de la ZEE canadienne est actuellement protégée, moins de la moitié des aires de répartition des poissons marins bénéficient d’une protection équivalente (Fig. 2.2). De plus, bien que la majorité des espèces soient positivement affectées par le changement climatique (Fig. 2.1), les expansions d’aire de répartition dans les eaux canadiennes entraîneront une perte, plutôt qu’un gain, de couverture protectrice pour ces espèces (Fig. 2.3). Ensemble, ces résultats suggèrent que le réseau actuel de conservation marine au Canada ne couvre pas efficacement les régions de haute biodiversité piscicole actuellement, ni les régions vers lesquelles les aires de répartition des poissons devraient s’étendre à l’avenir. Pour approfondir ces hypothèses, nous avons quantifié l’étendue de la protection spatiale marine actuelle en proportion de la superficie totale de chacune des douze biorégions marines canadiennes, et comparé la couverture protectrice avec les valeurs moyennes de biodiversité présentes et futures ainsi que les changements projetés dans chaque région (Fig. 3.2). Nous avons identifié deux lacunes notables dans la distribution spatiale actuelle et future des efforts de conservation au Canada.
Premièrement, les régions de haute biodiversité ne correspondent pas aux zones bénéficiant d’une protection élevée. Les biorégions du Plate-forme Sud et du Détroit de Georgia, qui se classent respectivement aux premier et troisième rangs en termes de biodiversité actuelle et future (richesse moyenne en espèces et adéquation moyenne totale de l’habitat par cellule), présentent certaines des plus faibles couvertures proportionnelles en aires de conservation, totalisant respectivement 3 % et 5 % de leur superficie. À l’inverse, la biorégion du Bassin Arctique, qui bénéficie de la couverture de protection la plus élevée, affiche la biodiversité piscicole moyenne la plus faible parmi toutes les biorégions marines. Bien que la maximisation de la couverture des aires de répartition des poissons ne soit pas le seul objectif dans la conception des réseaux de conservation marine, ces écarts soulignent des déséquilibres entre les efforts de conservation et la distribution de la biodiversité. Ils pourraient expliquer pourquoi la proportion de protection spatiale au sein de la ZEE canadienne ne se reflète pas dans les aires de répartition de la plupart des poissons marins. Accroître les efforts de conservation dans ces régions pourrait contribuer à assurer une couverture adéquate des aires de répartition des espèces de poissons.
Deuxièmement, les zones d’expansion des espèces manquent de protection adéquate. Les deux biorégions où l’on prévoit les plus grands gains de biodiversité dus au changement climatique—le Golfe du Saint-Laurent et le Complexe de la Baie d’Hudson—présentent également des niveaux de protection inférieurs à la moyenne nationale, totalisant respectivement 8 % et 1 % de leurs superficies. Une protection accrue dans ces régions pourrait mieux couvrir les fronts de colonisation des aires de répartition des espèces en déplacement et faciliter l’expansion des populations dans des zones nouvellement adaptées au climat. La biorégion du Plate-forme Scotian est la seule à montrer des réponses négatives notables de la biodiversité en raison du changement climatique. Les aires de conservation de cette région pourraient donc être particulièrement importantes pour soutenir les populations aux limites régressives des aires de répartition en déplacement, en éliminant les pressions supplémentaires là où les conditions climatiques deviennent déjà défavorables. Les aires de conservation du plateau néo-écossais pourraient ainsi jouer un rôle unique pour la biodiversité piscicole au Canada : « maintenir » les distributions d’espèces dans les sections en déclin plutôt que de « capter » les populations en expansion.
Catering Management Strategies to Projected Biodiversity Changes
Different types of ecological change will call for different strategies for effective management. To characterize primary drivers of ecological change and guide conservation actions within management areas, we assessed community change within individual conservation areas between present and future biodiversity projections by four key indicators:
- Richness Change: Log2 ratio of species richness in present and future projections in which 0 represents no change, +1 represents a doubling, and -1 represents a 50% reduction in total species richness. Here, richness is defined as the total number of species ranges intersecting any portion of each conservation area in 2010 or 2100.
- Species Gains and Species Losses: the total number of species present in 2100 and not in 2010, or present in 2010 and not 2100 within each management area, respectively.
- Community Similarity: Jaccard’s similarity index between present communities and future communities within each conservation area, where 1 represents identical communities between timepoints and 0 represents no overlap in community composition.
We found wide variation in each of these indicators across Canada’s conservation areas (Fig 4.1). Projected changes in richness ranged from greater than 1 Log2-fold change (more than doubling of species richness) to -0.26 Log2-fold change, with conservation areas in the Arctic generally showing highest projected changes and areas in the Pacific showing little change. Projected species losses and gains ranged to 137 species lost and 123 species gained, with the highest losses and gains both in Atlantic sites. Community similarity ranged from <0.5 (sharing fewer than 50% of species between present and future timepoints) to 1 (identical communities between timepoints), with Pacific conservation areas showing the highest similarity between timepoints and Arctic conservation areas showing the lowest.
This wide variation in key ecological indicators suggests that management strategies will require regional or local adaptation to address specific anticipated changes. Management areas with high increases in richness and low community similarity will need to prepare for substantial change to ecosystems, areas with high turnover (losses and gains of species) will need to understand the potential impacts of arriving or departing species, and management areas with low projected change will need to design monitoring strategies with sufficient power to accurately detect acute change.
Use the plot below to explore projected changes within conservation areas (671 conservation areas summarized to 356 spatial polygons) by each of these metrics, and the raw values used to derive them (total species richness in the present and future). Select plotting variables using the dropdown tabs, and color points by Ocean (Arctic, Pacific, and Atlantic) or conservation area type (Full MPA, OECM, and TMPA).
Adapter les Stratégies de Gestion aux Changements de Biodiversité Projetés
Différents types de changements écologiques nécessiteront des stratégies de gestion spécifiques pour être efficaces. Afin de caractériser les principaux moteurs du changement écologique et d’orienter les actions de conservation au sein des zones de gestion, nous avons évalué les modifications communautaires dans les aires de conservation individuelles entre les projections de biodiversité actuelles et futures selon quatre indicateurs clés :
- Changement de Richesse : Ratio Log2 de la richesse spécifique dans les projections actuelles et futures, où 0 représente aucun changement, +1 représente un doublement, et -1 représente une réduction de 50 % de la richesse totale en espèces. Ici, la richesse est définie comme le nombre total d’aires de répartition d’espèces intersectant une partie quelconque de chaque aire de conservation en 2010 ou 2100.
- Gains et Pertes d’Espèces : le nombre total d’espèces présentes en 2100 mais absentes en 2010, ou présentes en 2010 mais absentes en 2100 dans chaque zone de gestion, respectivement.
- Similarité Communautaire : Indice de similarité de Jaccard entre les communautés actuelles et futures au sein de chaque aire de conservation, où 1 représente des communautés identiques entre les deux périodes et 0 représente aucune superposition dans la composition communautaire.
Nous avons observé une large variation de chacun de ces indicateurs à travers les aires de conservation du Canada (Fig. 4.1). Les changements projetés en termes de richesse variaient de plus de 1 en changement Log2 (plus qu’un doublement de la richesse spécifique) à -0,26 en changement Log2, les aires de conservation de l’Arctique montrant généralement les plus grands changements projetés et les zones du Pacifique montrant peu de changement. Les pertes et gains d’espèces projetés allaient jusqu’à 137 espèces perdues et 123 espèces gagnées, avec les pertes et gains les plus élevés tous deux situés dans les sites de l’Atlantique. La similarité communautaire variait de moins de 0,5 (partageant moins de 50 % des espèces entre les périodes actuelle et future) à 1 (communautés identiques entre les périodes), les aires de conservation du Pacifique montrant la plus grande similarité entre les périodes et les aires de conservation de l’Arctique montrant la plus faible.
Cette large variation des indicateurs écologiques clés suggère que les stratégies de gestion nécessiteront une adaptation régionale ou locale pour traiter les changements anticipés spécifiques. Les zones de gestion avec des augmentations élevées de richesse et une faible similarité communautaire devront se préparer à des changements substantiels des écosystèmes, les zones avec un taux de renouvellement élevé (pertes et gains d’espèces) devront comprendre les impacts potentiels des espèces arrivantes ou partantes, et les zones de gestion avec peu de changements projetés devront concevoir des stratégies de surveillance avec une puissance suffisante pour détecter précisément les changements aigus.
Utilisez le graphique ci-dessous pour explorer les changements projetés au sein des aires de conservation (671 aires de conservation résumées en 356 polygones spatiaux) selon chacun de ces indicateurs, ainsi que les valeurs brutes utilisées pour les dériver (richesse totale en espèces dans le présent et le futur). Sélectionnez les variables à tracer en utilisant les onglets déroulants, et colorez les points par Océan (Arctique, Pacifique, et Atlantique) ou par type d’aire de conservation (AMP complète, AMCEZ, et AMPT).
Fig. 4.1. Projected Ecological Change within Conservation Areas. Points represent individual conservation areas, sized by total area. Use the “X-axis” and “Y-axis” dropdown boxes to arrange points by community- or community-change metrics, and the “Color” dropdown box to display points by ocean or conservation type. Hover over points for all site information. Changements écologiques dans les zones de conservation. Les points représentent des zones de conservation individuelles, dimensionnées en fonction de la superficie totale. Utilisez les menus déroulants « X-axis » et « Y-axis » pour classer les points par communauté ou métrique de changement de communauté, et le menu déroulant « Color » pour afficher les points par océan ou type de conservation. Survolez les points pour obtenir toutes les informations sur le site.
Strengthening Protections in Partially-Protected or Non-Permanent Sites
While the establishment of new conservation areas should remain a political priority, strengthening or permanently enacting conservation measures in partially-protected or temporary sites could additionally benefit marine species. Given that only 2% of marine fish ranges surpassed the national protection averages within fully protected MPAs in either the present or future timepoint (25 of 1173 species in the present, 18 of 1123 species in the future, Fig. 2.2), we quantified the potential benefit of strengthening each partially-protected or temporary conservation area (OECMs and TMPAs) into full MPA for fish species. For each OECM and TMPA, we tallied the total number of additional species that would meet sufficient protection thresholds within the full-protection network if the given site was included.
We found that a small number of large OECMs could substantially
increase the number fully-protected Canadian species if redesignated as
full MPAs. In two cases - Offshore Pacific Seamounts and Vents
Closure and Corsair and Georges Canyon Conservation Area –
conversion to full MPA would over triple the number of species that meet
the 14.6% sufficient cover threshold within fully-protected areas in
both timepoints (+167 and +57 added to 25 species in the present; +160
and +37 added to 18 in the future, table 4.2).
Renforcer les Protections dans les Sites Partiellement Protégés ou Temporaires
Bien que l’établissement de nouvelles aires de conservation doive rester une priorité politique, le renforcement ou la mise en œuvre permanente de mesures de conservation dans les sites partiellement protégés ou temporaires pourrait également bénéficier aux espèces marines. Étant donné que seulement 2 % des aires de répartition des poissons marins dépassent les moyennes nationales de protection au sein des aires marines protégées (AMP) entièrement protégées, tant dans le présent que dans le futur (25 des 1 173 espèces actuellement, 18 des 1 123 espèces projetées), nous avons quantifié le bénéfice potentiel de renforcer chaque aire de conservation partiellement protégée ou temporaire (AMCEZ et AMPT) en une AMP complète pour les espèces de poissons. Pour chaque AMCEZ et AMPT, nous avons comptabilisé le nombre total d’espèces supplémentaires qui atteindraient des seuils de protection suffisants au sein du réseau de protection complète si le site en question était inclus.
Nous avons constaté qu’un petit nombre de grandes AMCEZ pourraient augmenter substantiellement le nombre d’espèces canadiennes entièrement protégées si elles étaient reclassées en AMP complètes. Dans deux cas—Fermeture des zones de pêche des monts sous-marins et des évents hydrothermaux du Pacifique et Zone de conservation des canyons Corsair et Georges—la conversion en AMP complète triplerait le nombre d’espèces atteignant le seuil de couverture suffisante de 14,6 % au sein des zones entièrement protégées, tant dans le présent que dans le futur (+167 et +57 en plus des 25 espèces actuellement ; +160 et +37 en plus des 18 espèces projetées).
Top Scenarios of Strengthening One Site:Principaux Scénarios de Renforcement d’un Site
Table 4.2. Potential gains from strengthening key OECMs and TMPAs in Canada. Top 5 scenarios of redesignation of individual OECMs or TMPAs to full MPAs, ranked by the sum of present and future species ranges that would additionally meet sufficient protection thresholds (14.6% of range area) within the full-MPA network if the given site was included.Gains Potentiels en Renforçant les Principales AMCEZ et AMPT au Canada. 5 meilleurs scénarios de reclassification d’AMCEZ ou d’AMPT individuelles en AMP complètes, classés selon la somme des aires de répartition présentes et futures des espèces qui atteindraient en plus les seuils de protection suffisante (14,6 % de l’aire de répartition) au sein du réseau d’AMP complètes si le site considéré était inclus.
We additionally ran scenarios testing redesignations of
every unique combination of two and three OECMs and TMPAs into
full-MPAs. We found that combinations of sites often benefited more
species than the sum of each constituent site independently, lending
credence to the network approach that Canada has taken towards marine
spatial planning. In the top scenario, 281 additional species would be
sufficiently protected in the present and 223 in the future by
strengthening just three partially-protected sites (higher than 10-fold
increases compared to the 25 and 18 in the existing full-MPA network,
table 4.3)
Nous avons également mené des scénarios testant le reclassement de chaque combinaison unique de deux et trois AMCEZ et AMPT en AMP complètes. Nous avons constaté que les combinaisons de sites bénéficiaient souvent à un plus grand nombre d’espèces que la somme de chaque site pris individuellement, ce qui donne du crédit à l’approche en réseau que le Canada a adoptée en matière de planification spatiale marine. Dans le scénario optimal, 281 espèces supplémentaires seraient suffisamment protégées dans le présent et 223 dans le futur en renforçant seulement trois sites partiellement protégés (soit plus de dix fois les augmentations par rapport aux 25 et 18 dans le réseau actuel d’AMP complètes, tableau 4.3).
Top Scenarios of Strengthening Three Sites:Principaux Scénarios de Renforcement trois Sites
Table 4.2. Potential gains from strengthening key combinations of OECMs and TMPAs in Canada. Top 5 scenarios of redesignation of groups of three OECMs or TMPAs to full MPAs, ranked by the sum of present and future species ranges that would additionally meet sufficient protection thresholds (14.6% of range area) within the full-MPA network if the given sites were included.Gains Potentiels en Renforçant des Combinaisons Clés d’AMCEZ et d’AMPT au Canada. 5 meilleurs scénarios de reclassification de groupes de trois AMCEZ ou AMPT en AMP complètes, classés selon la somme des aires de répartition présentes et futures des espèces qui atteindraient en plus les seuils de protection suffisante (14,6 % de l’aire de répartition) au sein du réseau d’AMP complètes si les sites considérés étaient inclus.
Integrating Climate Projections into Harvested Species’ Management Plans
Range shifts into or out of protected areas could be particularly impactful to harvested fish species, for which protected areas provide important respite from exploitation. Harvested species had lower proportions of sufficient protection compared to all species (Fig 2.2), with projected decreases in protection as species ranges shift (Fig 2.3). These changes could indicate increasing vulnerability of populations and fisheries economies as the marine environment continues to change.
To identify potential fisheries vulnerabilities, we drew together changes in protective extent from range shifts, and annual fisheries data (average annual capture in tonnes and landed value, Table 4.4). We found that the majority of fished species are projected to lose proportional protection by shifting their ranges (69% of species). For high-harvest species, that proportion was much greater. Of the 20 species of highest annual capture, 18 had negative changes in proportional protective cover between 2010 and 2100. Interactions of high harvest pressure and loss of climatically-suitable protected area could render management strategies less effective when greater portions of species’ ranges reside in fished rather than protected areas.
Integrating climate responses reveals additional vulnerabilities for
fished species and fisheries economies. While most fished species had
positive projected changes from climate change, those that do not could
face compounding stress of high harvest pressure, negative climate
effects, and low levels of protection which may further decrease as they
shift their ranges (Table 4.4). Of 111 harvested species, three
fisheries species – capelin, Pacific herring, and American pilchard –
faced interacting pressures by all criteria: high harvest pressure
(top quartile of average annual capture), negative climate trends
(decreasing total suitability and range area), low protective cover
(<14.6% of present and future distributions), and shifts out of
protected areas (future protective cover < present protective cover).
The highest risk fisheries economies were the same three species and
lingcod (by the same criteria, with landed value replacing total
capture). In these cases, explicit consideration of climate change
projections in management plans could better ensure sustainable use
of Canada’s marine resources.
View changes to all fisheries species in the table below:
Intégration des Projections Climatiques dans les Plans de Gestion des Espèces Exploitées
Les déplacements d’aires de répartition à l’intérieur ou à l’extérieur des aires protégées pourraient avoir un impact particulièrement significatif sur les espèces de poissons exploitées, pour lesquelles les aires protégées offrent un répit important contre l’exploitation. Les espèces exploitées présentaient des proportions de protection suffisante inférieures à celles de l’ensemble des espèces, avec des diminutions projetées de la protection à mesure que les aires de répartition des espèces se déplacent. Ces changements pourraient indiquer une vulnérabilité croissante des populations et des économies liées aux pêcheries à mesure que l’environnement marin continue d’évoluer.
Pour identifier les vulnérabilités potentielles des pêcheries, nous avons combiné les changements dans l’étendue de la protection dus aux déplacements d’aires de répartition et les données annuelles des pêcheries (capture annuelle moyenne en tonnes et valeur au débarquement). Nous avons constaté que la majorité des espèces pêchées devraient perdre une partie de leur protection proportionnelle en raison du déplacement de leurs aires de répartition (69 % des espèces). Pour les espèces à forte exploitation, cette proportion était encore plus élevée. Parmi les 20 espèces ayant les captures annuelles les plus élevées, 18 présentaient des diminutions de leur couverture protectrice proportionnelle entre 2010 et 2100. L’interaction entre une pression de pêche élevée et la perte de zones protégées climatiquement appropriées pourrait rendre les stratégies de gestion moins efficaces, car une plus grande partie des aires de répartition des espèces se trouve dans des zones exploitées plutôt que protégées.
L’intégration des réponses climatiques révèle des vulnérabilités supplémentaires pour les espèces pêchées et les économies des pêcheries. Bien que la plupart des espèces pêchées présentent des projections positives face au changement climatique, celles qui n’en bénéficient pas pourraient être confrontées à des stress cumulés dus à une pression de pêche élevée, des effets climatiques négatifs et de faibles niveaux de protection, qui pourraient encore diminuer à mesure que leurs aires de répartition se déplacent. Sur les 111 espèces exploitées, trois espèces de pêcheries—le capelan, le hareng du Pacifique et la sardine américaine—étaient confrontées à des pressions combinées selon tous les critères : Forte pression de pêche (premier quartile de la capture annuelle moyenne), Tendances climatiques négatives (diminution de l’adéquation totale et de la superficie de l’aire de répartition), Faible couverture protectrice (<14,6 % des distributions présentes et futures), Déplacements hors des zones protégées (couverture protectrice future < couverture protectrice actuelle). Les économies des pêcheries les plus à risque concernaient les mêmes trois espèces et la morue-lingue (selon les mêmes critères, avec la valeur au débarquement remplaçant la capture totale). Dans ces cas, une prise en compte explicite des projections climatiques dans les plans de gestion pourrait mieux assurer l’utilisation durable des ressources marines du Canada.
Table 4.4 Harvested Species’ Vulnerabilities to Climate Change. (Col. 1) 111 Harvested fish species in Canada. (Col. 2-3) Average annual yield in catch and landed value within the Canadian EEZ from 1980-2019. (Cols. 4-7) Projected climate impacts: change in habitat suitability (sum of 0-1 values in all raster cells in which the species is considered present in either the present or the future), and change in range area (total area of cells above species-specific presence thresholds) represented as total change from 2010 to 2100, and as a percent of the 2010 value. (Cols. 8-9) Percent of total Canadian range area within protection areas, including full MPAs, OECMs, and TMPAs in 2010 and 2100.Vulnérabilités des espèces pêchées aux changements climatiques. (Col. 1) 111 espèces de poissons pêchées au Canada. (Col. 2-3) Rendement annuel moyen des prises et valeur au débarquement dans la ZEE canadienne de 1980 à 2019. (Col. 4-7) Impacts climatiques projetés: changement dans la qualité de l’habitat (somme des valeurs 0-1 dans toutes les cellules raster dans lesquelles l’espèce est considérée comme présente dans le présent ou le futur) et changement dans l’aire de répartition (superficie totale des cellules au-dessus des seuils de présence spécifiques à l’espèce) représentés comme changement total de 2010 à 2100, et comme pourcentage de la valeur de 2010. (Col. 8-9) Pourcentage de l’aire de répartition canadienne totale dans les zones de protection, y compris les AMP complètes, les AMCE et les APTM en 2010 et 2100.
5. Recommendations for Climate Action5. Recommandations Pour l’Action Climatique
Integrating Climate Change Effects for Targeted Policy Actions
Although there are many considerations that contribute to conservation actions and the establishment and management of protected areas in Canada, our findings lead to several potential initiatives that could better prepare the national marine conservation network for the anticipated effects of climate change. Here, we present four specific recommendations for policy actions that span national, provincial, and site-specific scales.
Intégrer les Effets du Changement Climatique pour des Actions Politiques Ciblées
Bien que de nombreux facteurs influencent les actions de conservation et l’établissement ainsi que la gestion des aires protégées au Canada, nos conclusions suggèrent plusieurs initiatives potentielles pour mieux préparer le réseau national de conservation marine aux effets anticipés du changement climatique. Nous présentons ici quatre recommandations spécifiques pour des actions politiques à l’échelle nationale, provinciale et locale.
1. Expand
Conservation Efforts in Underprotected Regions1. Ajouter une protection dans
les zones sous-protégées
Our results demonstrate that the extent of spatial protection in
the Canadian EEZ is not equally represented with most fish species’
ranges (Fig 2.2), and that climate change will cause species’ protection
levels to further decrease as species shift towards underprotected
regions (Fig 2.3, 3.2). We therefore recommend expansion of conservation
efforts in key bioregions to more fully cover fish ranges in the present
and the future.
To maximize protective coverage of current fish biodiversity, we recommend greater protection in the Southern Shelf and Strait of Georgia bioregions, which had the highest average values of species richness and total habitat suitability (Fig 3.2), and are currently underprotected compared to the national average (Table 4.2). Establishment of conservation areas within these regions could be effective at sufficiently protecting the maximum number of species’ present distributions.
To ensure sufficient protection of future (incoming) biodiversity, we recommend expanded conservation efforts in the Gulf of Saint Lawrence and Hudson Bay Complex These regions ranked in the top two unit-increases of species richness and habitat suitability between 2010 and 2100 (Fig 3.2), and are both underprotected compared to the national average (Table 4.2). Expanded conservation efforts in these regions could facilitate biodiversity expansions and prevent species from losing proportional protective cover as they expand within Canadian waters. Because it shares coastlines with both of these key regions, Quebec could play an important role in better better preparing Canadian conservation networks for biodiversity changes due to climate change.
Nos résultats démontrent que l’étendue de la protection spatiale
dans la ZEE canadienne n’est pas également représentée dans la plupart
des aires de répartition des espèces de poissons (Fig. 2.2), et que le
changement climatique entraînera une diminution supplémentaire des
niveaux de protection à mesure que les espèces se déplacent vers des
régions sous-protégées (Fig 2.3, 3.2). Nous recommandons donc
l’expansion des efforts de conservation dans certaines biorégions clés
afin de couvrir plus pleinement les aires de répartition des poissons,
tant dans le présent que dans le futur.
Pour maximiser la couverture protectrice de la biodiversité actuelle des poissons, nous recommandons une protection accrue dans les biorégions du Plate-forme Sud et du Détroit de Géorgia, qui présentent les valeurs moyennes les plus élevées en termes de richesse spécifique et d’habitats appropriés, et qui sont actuellement sous-protégées par rapport à la moyenne nationale. L’établissement de zones de conservation dans ces régions pourrait être efficace pour protéger de manière adéquate le maximum d’aires de répartition actuelles des espèces.
Pour assurer une protection suffisante de la biodiversité future (espèces en expansion), nous recommandons d’étendre les efforts de conservation dans le Golfe du Saint-Laurent et le Complexe de la Baie d’Hudson. Ces régions se classent parmi les deux premières en termes d’augmentation unitaire de la richesse spécifique et de l’adéquation entre 2010 et 2100, et sont toutes deux sous-protégées par rapport à la moyenne nationale. L’expansion des efforts de conservation dans ces régions pourrait faciliter l’expansion de la biodiversité et empêcher les espèces de perdre une couverture protectrice proportionnelle à mesure qu’elles s’étendent dans les eaux canadiennes. Étant donné que le Québec partage des côtes avec ces deux régions clés, il pourrait jouer un rôle important en préparant mieux les réseaux de conservation canadiensaux changements de biodiversité dus au changement climatique.
2. Develop
Management Strategies for Ecological Changes within Conservation
Areas2. Développer
des Stratégies de Gestion pour les Changements Écologiques dans les
Aires de Conservation
Biodiversity shifts across space will alter ecological communities within Canada’s marine conservation areas. By identifying the major drivers of climate-driven ecological change across individual sites, we can better inform management strategies for adapting to it. Using indicators of biodiversity change across all conservation areas in the Canadian EEZ (Table 4.1, Fig. 4.1), we provide both regional and site-specific recommendations for appropriate management.
Regional Recommendations
We generally recommend
codifying management strategies for incoming species in the
Arctic region, conducting research to understand potential impacts of
high turnover (species arrivals and departures) in the Atlantic
region, and increasing sampling power to detect change in Pacific
region. But using site-specific values of projected change from multiple
ecological indicators, we also recommend specific strategies for each
individual conservation area in the table below.
- Sites in the bottom quartile of compositional similarity between present and future fish communities should develop strategies for managing ecological change (e.g., Resist, Accept Direct framework). Management plans in these specific conservation areas should codify plans for ecological change, with particular focus on policies for incoming species.
- Sites in the top quartile of species arrivals should research the impacts of incoming species and identify potential interactions between incoming and resident species to reveal ecological vulnerabilities.
- Sites in the top quartile of species losses should assess the functional and ecological implications of species departures, and identify possible cascading effects and interventions for decreases of ecologically significant species.
- Sites in the bottom quartile of absolute richness change should design sampling schemes to accurately monitor biodiversity change. While these areas show relative stability to the effects of climate change, confidently detecting small changes apart from background variation will require higher sampling effort compared to sites with higher magnitudes of change. Monitoring schemes should increase sample size to maximize statistical power of sampling designs.
View raw ecological indicator values and site-specific recommendations below. Use checkboxes to view specific sites for each recommendation or search for specific sites in the searchbar.
Les déplacements de la biodiversité modifieront les communautés écologiques au sein des aires de conservation marine du Canada. En identifiant les principaux moteurs du changement écologique induit par le climat dans chaque site, nous pouvons mieux orienter les stratégies de gestion pour y adapter. En utilisant des indicateurs de changement de biodiversité dans toutes les aires de conservation de la ZEE canadienne, nous formulons des recommandations régionales et spécifiques à chaque site pour une gestion appropriée.
Recommandations Régionales
Nous recommandons généralement de formaliser des stratégies de gestion pour les espèces entrantes dans la région arctique, de comprendre les impacts potentiels d’un taux de renouvellement élevé dans la région atlantique et d’augmenter la puissance d’échantillonnage pour détecter les changements dans la région pacifique.
Recommandations Spécifiques aux Sites- Les sites situés dans le quartile inférieur de la similarité de composition entre les communautés de poissons actuelles et futures devraient élaborer des stratégies de gestion des changements écologiques (par exemple, le cadre Résister, Accepter, Diriger). Les plans de gestion de ces zones de conservation spécifiques devraient codifier les plans de changement écologique, en mettant particulièrement l’accent sur les nouvelles espèces.
- Les sites situés dans le quartile supérieur des arrivées d’espèces devraient étudier les impacts des espèces entrantes et identifier les interactions potentielles entre les espèces entrantes et les espèces résidentes afin de mettre en évidence les vulnérabilités écologiques.
- Les sites situés dans le quartile supérieur des pertes d’espèces doivent évaluer les implications fonctionnelles et écologiques des départs d’espèces et identifier les éventuels effets en cascade et les interventions en cas de diminution d’espèces importantes sur le plan écologique.
- Les sites situés dans le quartile inférieur de changement de richesse absolue devraient concevoir des programmes d’échantillonnage pour surveiller avec précision les changements de biodiversité. Bien que ces zones fassent preuve d’une stabilité relative face aux effets du changement climatique, la détection fiable de petits changements en dehors des variations de fond nécessitera un effort d’échantillonnage plus important que pour les sites présentant des changements de plus grande ampleur. Les programmes de surveillance devraient augmenter la taille de l’échantillon afin de maximiser la puissance statistique des plans d’échantillonnage.
Table 5.1. Community Changes and Policy Recommendations for Canadian Marine Conservation Areas. (Col. 1) Conservation area polygons in the Canadian EEZ (671 individual areas summarized to 356 spatial polygons). (Col. 2-4) Categorical identifiers of conservation areas. (Cols. 5-11) Community and community change values between biodiveristy projections in 2010 and 2100. (Cols 12-15) Recommendations for policy and management actions within individual sites. Use filters on columns 1 and 12-15 to filter to specific values, or the search bar in the top right to search across all data.Changements communautaires et recommandations politiques pour les aires marines canadiennes de conservation. (Col. 1) Polygones d’aires de conservation dans la ZEE canadienne (671 zones individuelles résumées en 356 polygones spatiaux). (Col. 2-4) Identificateurs catégoriels des aires de conservation. (Col. 5-11) Valeurs des communautés et des changements communautaires entre les projections de biodiversité en 2010 et 2100. (Col. 12-15) Recommandations pour des mesures politiques et de gestion au sein de sites individuels. Utilisez les filtres des colonnes 1 et 12-15 pour filtrer sur des valeurs spécifiques, ou la barre de recherche en haut à droite pour rechercher dans toutes les données.
3. Strengthen
Protection in Existing Conservation Areas3. Renforcer la Protection dans les Aires de
Conservation Existantes
Redesignating partial or temporary conservation areas to Full
MPAs would bolster the extent of full protection in Canada’s marine
environment, and in some cases, might require less bureaucratic process
compared to the development of new areas. In order to increase
protection in the maximum number of underprotected marine fish ranges,
we recommend strengthened regulations specifically in the Offshore
Pacific Seamounts and Vents Closure and Corsair and Georges
Canyons Conservation Areas, which provided the two highest
single-site benefits to marine biodiversity, and were both present in
all of priority combinations of three unique sites (Table 4.2, 4.3).
La reclassification des aires de conservation partielles ou temporaires en Aires Marines Protégées (AMP) complètes renforcerait l’étendue de la protection intégrale dans le milieu marin canadien et, dans certains cas, pourrait nécessiter moins de démarches administratives comparé au développement de nouvelles zones. Afin d’augmenter la protection du plus grand nombre de populations de poissons marins sous-protégées, nous recommandons le renforcement des réglementations spécifiquement dans les Fermeture des zones de pêche des monts sous-marins et des évents hydrothermaux du Pacifique ainsi que dans le Zone de Conservation des Canyons Corsair et Georges. Ces zones ont offert les deux bénéfices les plus élevés pour la biodiversité marine en termes de site unique et étaient présentes dans toutes les combinaisons prioritaires de trois sites uniques.
4. Target
Conservation Efforts for Vulnerable Fisheries4. Cibler les efforts de
Conservation pour les Pêcheries Vulnérables
Increased conservation of vulnerable fisheries will better
conserve harvested species and the livelihoods that depend on them. We
identified specific fisheries and fish economies with interacting
threats – high harvest pressure, negative effects of climate change, low
levels of protection, and projected shifts out of existing conservation
areas (Table 4.4). We recommend explicit consideration of climate
effects on conservation and management strategies, particularly for
fisheries at the greatest risk by these metrics: capelin, Pacific
herring, and American pilchard, and lingcod.
L’augmentation des mesures de conservation pour les pêcheries vulnérables permettra de mieux protéger les espèces exploitées et les moyens de subsistance qui en dépendent. Nous avons identifié des pêcheries et des économies halieutiques spécifiques confrontées à des menaces interactives : forte pression de pêche, effets négatifs du changement climatique, faibles niveaux de protection et déplacements prévus hors des zones de conservation existantes (tableau 4.4). Nous recommandons une prise en compte explicite des effets du climat dans les stratégies de conservation et de gestion, en particulier pour les pêcheries les plus à risque selon ces critères : le capelan, le hareng du Pacifique, la sardine américaine et la morue-lingue.
While the effects of climate change will continue to be felt for species, ecosystems, and people across Canada’s marine ecosystems, targeted policy actions could help marine conservation networks better adapt to challenges of biodiversity change in a rapidly-changing world. Consideration of climate effects and the large-scale redistribution of species will help to conserve Canada’s biodiversity and marine resources.
Bien que les effets du changement climatique continueront d’affecter les espèces, les écosystèmes et les populations à travers les écosystèmes marins du Canada, des actions politiques ciblées pourraient aider les réseaux de conservation marine à mieux s’adapter aux défis posés par les changements de biodiversité dans un monde en rapide évolution. La prise en compte des effets climatiques et de la redistribution à grande échelle des espèces contribuera à la conservation de la biodiversité et des ressources marines du Canada.
Methods and data sourcesMethodes et sources de donnes
Data for this project were collected from multiple
sources.
We used projections of species’ distributions from the AquaX database (extension of AquaMaps) provided by project collaborators Gabriel Reygondeau and Yulia Egorova (not yet publicly available), which produces species’ habitat suitability predictions across multiple climate scenarios based on occurrence records, expert validation, bathymetry, and multiple environmental parameters using ensemble values from multiple modeling algorithms. We obtained 1,205 high-resolution (0.05x0.05 grid cell) habitat suitability projections for marine fish that intersected the Canadian EEZ, indexed from a previous analysis of lower-resolution AquaMaps data, in which every species that intersected the Canadian EEZ was extracted. We maintained only the range projections from the “Current” (2010) and “Future” (2100, RCP8.5 high emissions climate scenario) to assess the impacts of suitability and distribution shifts of Canadian fishes. We categorized species distributional ranges as all grid cells above species-specific habitat suitability thresholds produced by AquaX (above which the species is considered “present”). For range size analyses, we maintained only grid cells above threshold values within each timepoint individually, but for suitability change calculations, we maintained suitability values from both layers in all cells in which the species was considered present in either the 2010 or 2100 scenario (so as to not overestimate suitability change by changing the non-present layer to zero or NA).
Spatial conservation data were collected from the Canadian Protected and Conserved Areas Database (Government of Canada). We extracted all marine or coastal protected areas intersecting the Canadian EEZ, removing duplicates and polygons with missing data. In some cases, shapes were listed two or more times, with different ownership or jurisdictional values. In these cases, we maintained the shape with the more recent establishment date. We further filtered to only polygons that intersected at least one marine fish range, removing about 90 sites, mostly from inland channels, estuaries, salt marshes, and other peripheral marine environments. By these criteria, we identified 671 protected areas that were included in this study. To avoid computational limitations, we merged polygons of small, coastal, and directly adjacent shapes when they shared the same ownership and categorization – normally, waterfowl gathering areas along the coast of Quebec. Overall, we assessed change across 356 spatial polygons.
Fisheries data were collected from the SeaAroundUs database. We extracted historical catch data for all three oceanic regions of Canada (Atlantic, Pacific, Arctic), and calculated the average catch (tonnes) and landed value ($M) from 1980-2019, summing values from all harvest types and locations. We matched aphiaIDs from harvested species to species distributions in our dataset, successfully matching 111 fisheries species for which we had distributional projections. We present harvested species as a subset of all fish species throughout our results.
This work was supported by a FRQ Climate Action Scholarship, with additional support and guidance from Conservation International and the Blue Nature Alliance.
Les données pour ce projet ont été recueillies auprès de
plusieurs sources.
Nous avons utilisé les projections de distribution des espèces issues de la base de données AquaX (extension d’AquaMaps), fournies par les collaborateurs du projet Gabriel Reygondeau et Yulia Egorova (données non encore disponibles publiquement). AquaX génère des prédictions d’adéquation de l’habitat des espèces à travers plusieurs scénarios climatiques, basées sur les données de présence, la validation par des experts, la bathymétrie et divers paramètres environnementaux, en utilisant une approche par ensemble de plusieurs algorithmes de modélisation. Nous avons obtenu 1 205 projections d’adéquation de l’habitat à haute résolution (grilles de 0,05 x 0,05 degré) pour des poissons marins intersectant la ZEE canadienne, indexées à partir d’une analyse antérieure à plus basse résolution d’AquaMaps, dans laquelle toutes les espèces présentes dans la ZEE canadienne avaient été extraites. Nous avons conservé uniquement les projections de répartition pour les scénarios “Actuel” (2010) et “Futur” (2100, scénario climatique RCP8.5 à fortes émissions) afin d’évaluer les impacts des changements d’adéquation et de répartition pour les poissons du Canada. Les aires de répartition des espèces ont été définies comme toutes les cellules de grille dont la valeur d’adéquation de l’habitat dépassait un seuil spécifique à chaque espèce (au-dessus duquel l’espèce est considérée comme “présente”). Pour les analyses de taille de répartition, nous avons conservé uniquement les cellules au-dessus du seuil dans chaque période indépendamment. Pour le calcul des changements d’adéquation, nous avons conservé les valeurs d’adéquation dans toutes les cellules où l’espèce était considérée comme présente dans au moins un des deux scénarios (2010 ou 2100), afin de ne pas surestimer le changement en remplaçant une valeur non-présente par zéro ou NA.
Les données spatiales de conservation ont été extraites de la Base de données canadienne sur les aires protégées et de conservation (Gouvernement du Canada). Nous avons sélectionné toutes les aires protégées marines ou côtières intersectant la ZEE canadienne, en supprimant les doublons et les polygones avec des données manquantes. Dans certains cas, des formes étaient répertoriées deux fois ou plus, avec des informations différentes sur la gouvernance ou la juridiction. Dans ces cas, nous avons conservé la version avec la date d’établissement la plus récente. Nous avons ensuite filtré pour ne garder que les polygones intersectant au moins une aire de répartition de poisson marin, éliminant environ 90 sites, principalement dans des chenaux intérieurs, estuaires, marais salés et autres environnements marins périphériques. Selon ces critères, nous avons identifié 671 aires protégées incluses dans cette étude. Afin de contourner certaines limites de calcul, nous avons fusionné les polygones côtiers de petite taille et adjacents ayant les mêmes catégories et le même propriétaire — généralement, des zones de rassemblement d’oiseaux aquatiques le long de la côte du Québec. Au total, nous avons évalué les changements sur 356 polygones spatiaux.
Les données halieutiques ont été extraites de la base de données SeaAroundUs. Nous avons recueilli les données historiques de capture pour les trois régions océaniques du Canada (Atlantique, Pacifique, Arctique), et calculé la capture moyenne (en tonnes) et la valeur débarquée moyenne (en millions de dollars) entre 1980 et 2019, en sommant toutes les méthodes et lieux de pêche. Nous avons mis en correspondance les aphiaIDs des espèces exploitées avec les distributions d’espèces de notre base de données, établissant avec succès une correspondance pour 111 espèces pour lesquelles nous avions des projections de répartition. Les espèces exploitées sont présentées comme un sous-ensemble de l’ensemble des espèces de poissons dans nos résultats.
Ce travail a été soutenu par une Bourse Action climatique des FRQ, avec un appui et un encadrement supplémentaires de Conservation International et de la Blue Nature Alliance.
Jake Lawlor, Jennifer Sunday
McGill University,
Department of Biology
FRQ Climate Action Scholarship Report
2024Jake Lawlor, Jennifer
Sunday
Université McGill, Département de biologie
Bourse Action
Climatique Rapport 2024