Assessing marine ecosystems is important for understanding the impacts of climate change and human activity, as well as for maintaining healthy oceans and ecosystems. In marine science, it is common for biologists and geologists to identify regional differences based on expert knowledge, frequently through data visualization. However, time series data collected through surveys in marine studies typically span only a few decades, limiting the applicability of classical time series methods. Additionally, without expert knowledge, detecting significant differences becomes challenging. To address these issues, we introduce ANOVATS (ANOVA for small-sample time series data), a subsampling-based method to detect regional differences in small-sample time series data with a fixed number of groups. This method bypasses the need for spectral density estimation, which requires a large number of time points in the data. Furthermore, after detecting differences in homogeneity across all areas using the ANOVATS procedure, we devised a simple ANOVATS post hoc procedure to group the areas. Finally, we demonstrate the effectiveness of our method by analyzing zooplankton biomass data collected in different strata of the North Sea, showing its ability to quantify differences in species between geographical areas without relying on prior biological or geographical knowledge.


翻译:评估海洋生态系统对于理解气候变化和人类活动的影响以及维护健康的海洋和生态系统至关重要。在海洋科学中,生物学家和地质学家通常基于专家知识(常通过数据可视化)识别区域差异。然而,海洋研究中通过调查收集的时间序列数据通常仅跨越数十年,限制了经典时间序列方法的适用性。此外,若缺乏专家知识,检测显著差异将变得困难。为解决这些问题,我们提出了ANOVATS(针对小样本时间序列数据的方差分析),这是一种基于子采样的方法,用于检测固定组数的小样本时间序列数据中的区域差异。该方法绕过了对数据中需要大量时间点的谱密度估计的需求。进一步地,在使用ANOVATS程序检测所有区域间的同质性差异后,我们设计了一种简单的ANOVATS事后程序来对区域进行分组。最后,通过分析在北海不同层位收集的浮游动物生物量数据,我们证明了该方法的有效性,展示了其在不依赖先验生物学或地理知识的情况下量化地理区域间物种差异的能力。

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