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Variabilidade
Módulo 3
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0
250
500
750
1930 1940 1950 1960 1970 1980
Anos
Nú
m in
div
ídu
os
O boi almiscarado revisitado
A taxa de incremento anualé constante ?
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0.9
1
1.1
1.2
1.3
1945 1950 1955 1960 1965 1970
Ano
Variabilidade em
A taxa = Nt+1/Nt variou todos os anos em torno do
valor médio (a tracejado)
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Pressupostos na projecção
de Nt para Nt+1
Podemos negligenciar a variabilidade ambiental que afecta
Podemos negligenciar a estocasticidade demográfica
1. Em Nt+1= Nt , podemos usar o valor médio de
( variabilidade de não é demasiado alta)
2. A população é suficientemente grande para se
poder ignorar a incerteza inerente aos processos
de nascimento e morte.
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Estocasticidade Demográfica (ED)
O nascimento e morte de indivíduos temcaracterísticas aleatórias.
Não é possivel dizer exactamente quantosindivíduos vão nascer e morrer entre t e t+1.
Aleatoriedade inerente aos processos denascimento e morte designa-se por:
Estocasticidade Demográfica
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Quando é que tenho de me preocupar
com a ED ?
Se a população é muito pequena risco de extinçãopor razões aleatórias aumenta.
População pode-se extinguir mesmo se > 1 !
Explos: ColonizaçãoPopulações nas margens da distribuição da espéciePopulações exploradas (caça e pesca)
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Modelos determinísticos e estocásticos
Estocásticos, aleatórios ou probabilísticosUsam parâmetros que variam. em geral de acordo com umadistribuição de probabilidades pré-definida.
As mesmas condições iniciais não conduzem ao mesmo resultado (N0, n) ( N’n, Nn’’, Nn’’’, ...) DISTRIBUIÇÃO DE RESULTADOS
DeterminísticosUsam parâmetros constantes (explo: constante)
Em geral, as mesmas condições iniciais conduzem ao mesmo resultado
(N0, n) ( Nn )
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Fontes de incerteza sobre Nt+1
Nt
Variações
ambientais
físicas
Variações
ambientais
biológicas
Estocasticidade
Demográfica
Erros de medição
Incerteza sobre a
estrutura do modelo
biomatemático
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Referem-se ao individuo
Probabilidades de sobreviver e numero
descendentes por individuo entre t e t+1
St
t t+1
bt
btSt
= St (1+bt)
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Parâmetros do boi almiscarado
St = 0.921 Probabilidade sobreviver entre t e t+1
bt = 0.246 Probabilidade de ter 1 filho em t
btSt = 0.227 Probabilidade do filho estar vivo em t+1
Nunivak Island31 indivíduos
(1936)
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Simulação de ED (sobrevivência)
X é um npa retirado duma distrib. uniforme
t t+1
se X < 0.921
se X > 0.921
Repetir para os 31 animais
sobrevive
Não sobrevive
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Simulação de ED (natalidade)
Repetir, simultâneamente, para os 31 animais:
Y é um npa retirado duma distrib. uniforme
t t+1
se Y < 0.227
se Y > 0.227Sem descendente
1 descendente sobrevive
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Repetições
Repetir 10, 100, 1000, ... vezes
Este animal deixa descendente ?
Sobrevive ?
Para 31 animais
Cada repetição
origina um número
diferente de
indivíduos em t+1 !
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Simulações: Nt=31, 50 réplicas
0
2
4
6
8
10
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
Núm indivds em t+1
Fre
quência
50 réplicas
Modelo estocástico
Média do histograma = 35.02
Modelo determinístico:
Nt= 31
Nt+1= Nt = (1.148 31) = 35.6 ×
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Questões a que o modelo estocástico
responde
Por exemplo:
Probabilidade de Nt+1 31 indivíduos ?
Probabilidade de a população crescer 10% ou mais ?
Probabilidade de extinção ?
Etc.
≤
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Curva de risco de t para t+1
Frequências
Nt+1 absolutas Relativas Cumuladas
28 1 0.02 0.02
29 0 0.00 0.02
30 3 0.06 0.08
31 4 0.08 0.16
32 2 0.04 0.20
33 6 0.12 0.32
34 6 0.12 0.44
35 3 0.06 0.50
36 7 0.14 0.64
37 9 0.18 0.82
38 3 0.06 0.88
39 2 0.04 0.92
40 3 0.06 0.98
41 1 0.02 1.00
42 0 0.00 1.00
50 1.00
Frequências
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43
número em N t+1 (Z)
Pro
babili
dade d
e so
bre
viv
ere
m Z
ou
menos
indiv
íduo
s
Probabilidade ou “risco" de Nt+1 31≤
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“Risco”
Risco = Probabilidade (em geral de um acontecimento adverso)ocorrer num intervalo de tempo
Explos:
A população descer abaixo de x indivíduos nos proximos 3 anos
Uma praga ultrapassar a densidade Y antes de 2010
A população extinguir-se em 100 anos
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Simulação de ED (natalidade)
Repetir, simultâneamente, para os 31 animais:
Y é um npa retirado duma distrib. uniforme
t t+1
se Y < 0.227
se Y > 0.227Sem descendente
1 descendente sobrevive
X é o número de filhos por indivíduo em (t, t+1)
b é o número médio de filhos por indivíduo em (t, t+1)
P(X =K) Distr Poisson(b)
X é obtido gerando n.p.a’s de Poisson(b)
X = 0, 1, 2, 3, ...
(Há algoritmos próprios para isto)
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E se St e bt também variam ?
afectam
Até aqui: St e bt constantes
Na realidade:
FACTORES AMBIENTAIS St, bt e, portanto,
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A variação ambiental torna função de t
Como atribuir valores a t em cada intervalo (t, t+1) ?
Recorde-se que Nt+1=Nt
Admitamos que pode variar em cada (t, t+1), então:
Nt+1=Nt t
passa a ser função de t
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Distribuição de frequências de
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1945 1950 1955 1960 1965 1970
Ano
0
2
4
6
8
10
0.9 a
0.94
0.95 a
0.99
1.00 a
1.04
1.05 a
1.09
1.1 a
1.14
1.15 a
1.19
1.2 a
1.24
1.25 a
1.29
taxa de crescimento
Fre
qu
ên
cia
A taxa = Nt+1/Nt variou todos os anos
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Atribuiçao de valores a t
npa t
0.00 a 0.048 0.9 a 0.99
0.049 a 0.095 1.00 a 1.09
0.096 a 0.381 1.1 a 1.14
0.382 a 0.810 1.15 a 1.19
0.811 a 0.952 1.2 a 1.24
0.953 a 1.00 1.25 a 1.29
Frequencias absolutas
0
2
4
6
8
10
0.9 a
0.94
0.95 a
0.99
1.00 a
1.04
1.05 a
1.09
1.1 a
1.14
1.15 a
1.19
1.2 a
1.24
1.25 a
1.29
Fre
quência
Frequencias relativas cumuladas
0.048 0.0480.095 0.095
0.381
0.810
0.9521.000
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.9 a
0.94
0.95 a
0.99
1.00 a
1.04
1.05 a
1.09
1.1 a
1.14
1.15 a
1.19
1.2 a
1.24
1.25 a
1.29
Intervalos de
Pro
babili
dades
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Simulação dos próximos anos: uma réplica
t=1 t=2 t=3 t=4 t=5
Nt
npa1 1npa2 2
npa3 3
npa4 4
mínimo
Fazer muitas réplicas !
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Projecções estocasticas da população
Baseado em 1000 réplicas
1 desvio-padr.
maximos
minimos
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Curvas de risco a prazo
N minimo Frequências
Nos proximos 10 anos absolutas Relativas Cumuladas
15 0 0.00 0.00
16 0 0.00 0.00
17 2 0.00 0.00
18 3 0.00 0.01
19 11 0.01 0.02
20 8 0.01 0.02
21 15 0.02 0.04
22 16 0.02 0.06
23 35 0.04 0.09
24 61 0.06 0.15
25 84 0.08 0.24
26 111 0.11 0.35
27 136 0.14 0.48
28 159 0.16 0.64
29 152 0.15 0.79
30 71 0.07 0.86
31 44 0.04 0.91
32 40 0.04 0.95
33 26 0.03 0.97
34 17 0.02 0.99
35 6 0.01 1.00
36 3 0.00 1.00
37 0 0.00 1.00
1000 1.00
Frequências
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Curvas de risco a prazo
N minimo Frequências
Nos proximos 10 anos absolutas Relativas Cumuladas
15 0 0.00 0.00
16 0 0.00 0.00
17 2 0.00 0.00
18 3 0.00 0.01
19 11 0.01 0.02
20 8 0.01 0.02
21 15 0.02 0.04
22 16 0.02 0.06
23 35 0.04 0.09
24 61 0.06 0.15
25 84 0.08 0.24
26 111 0.11 0.35
27 136 0.14 0.48
28 159 0.16 0.64
29 152 0.15 0.79
30 71 0.07 0.86
31 44 0.04 0.91
32 40 0.04 0.95
33 26 0.03 0.97
34 17 0.02 0.99
35 6 0.01 1.00
36 3 0.00 1.00
37 0 0.00 1.00
1000 1.00
Frequências
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Populaçao minima
Pro
ba
bilid
ad
e
Probabilidade de nos
proximos 10 anos
N≤25