Developing seasonal multi-layer network models to evaluate cumulative impacts on Arctic ecosystems

The Arctic is facing the highest rate of global warming on Earth and rapid industrial development. Major environmental transformations such as permafrost thawing or sea ice reduction are affecting wildlife. However, how ecosystems and the species that compose them will respond to multiple stressors (e.g. climate change, industrial shipping and resource extraction) is still poorly understood. In the Arctic, strong seasonality promotes multiple exchanges (e.g. energy, contaminants) among ecosystems (terrestrial and marine), including distant ones, due to wind, oceanic currents, and animal migrations. Understanding the complexity of arctic food webs in changing environments requires modeling interconnections between ecosystems and species interactions. At the same time, it is important to document changes occurring in northern environments and especially in animal abundance and distribution, using advanced technologies and by promoting community-based biodiversity monitoring. It is crucial to include such information in predictive models to evaluate how Arctic biodiversity is likely to be affected by environmental changes and anthropogenic activities and how these changes will impact ecosystem services and ultimately northern communities. Such models will be helpful to guide future decisions to mitigate the effects of multiple stressors. More specifically, our project will 1) Develop new models of the tundra food-webs that incorporate seasonality, animal migration and interactions with marine and southern ecosystems; 2) Prioritize monitoring activities on key species and processes occurring during the winter period to fill important knowledge gaps in developing seasonal models; 3) Promote and support community-based and citizen science programs with northern communities to address environmental issues that matter to Northerners and scale-up spatially and temporally (i.e. year-round) biodiversity monitoring; and 4) Maintain long-term ecosystem-based monitoring programs to feed and test ecosystem models. In our models, existing data will be combined to new field studies conducted on Bylot Island, around the community of Pond Inlet, and at Alert (Canadian Forces Station) on the abundance and movements of predators and migratory birds, and the interactions between wildlife, snow conditions, contaminants and diseases. Observations made by Northerners will complement data collected by scientists because Northern inhabitants are sentinels that can track changes in their environment, especially during winter. Our project will also contribute to capacity building in the North by training Northerners and graduate students.

Élaborer des modèles saisonniers de réseaux multicouches afin d’évaluer les effets cumulatifs des changements environnementaux sur les écosystèmes de l’Arctique 

L’Arctique subit les conséquences du réchauffement global des températures, qui y a atteint son niveau le plus élevé sur Terre, et de la croissance rapide du développement industriel. Des transformations environnementales majeures, telles que la fonte du pergélisol et des glaces marines, ont des effets dévastateurs sur la faune. Néanmoins, la réaction des écosystèmes et des espèces qui le composent aux multiples agents stressants (p. ex. les changements climatiques, le transport maritime industriel et l’exploitation des ressources) est encore mal comprise. L’Arctique est caractérisé par une saisonnalité importante qui donne lieu à de multiples interactions (contribuant, par exemple, au transfert d’énergie et de contaminants) au sein des écosystèmes (terrestres et marins), y compris les milieux distants, en raison des vents, des courants océaniques et des migrations animales. La compréhension de la nature complexe du réseau alimentaire arctique au sein des milieux en évolution nécessite une modélisation des interactions entre les écosystèmes et les espèces. Parallèlement, il est important de documenter les changements qui surviennent dans les milieux nordiques, surtout ceux qui touchent l’abondance et la répartition des animaux, au moyen de technologies avancées et par la promotion de la réalisation d’activités de surveillance de la biodiversité au sein des collectivités. Il est primordial que les modèles de prévision tiennent compte de cette information afin que l’on puisse déterminer en quoi les changements environnementaux et l’activité humaine sont susceptibles d’influer sur la biodiversité de l’Arctique, et en quoi ces changements se répercuteront sur les services écosystémiques et, au bout du compte, sur les collectivités nordiques. Ces modèles contribueront à orienter les décisions que l’on devra prendre dans les années à venir pour atténuer les effets des multiples agents stressants. Plus particulièrement, notre projet consistera à : 

1) élaborer de nouveaux modèles des réseaux alimentaires de la toundra, et d’y intégrer la saisonnalité, la migration animale et les interactions avec les écosystèmes marins et ceux du sud; 

2) accorder la priorité aux activités de surveillance des principales espèces et des principaux phénomènes survenant en période hivernale, afin de combler d’importantes lacunes au chapitre des connaissances sur l’élaboration de modèles saisonniers; 

3) soutenir les programmes de science citoyenne communautaire et en faire la promotion auprès des collectivités nordiques, afin d’aborder les enjeux environnementaux qui comptent pour les habitants du Nord et d’exercer une surveillance spatiale et temporelle (c’est-à-dire à l’année) de la biodiversité; 

4) maintenir des programmes de surveillance à long terme axés sur les écosystèmes, afin d’alimenter et d’évaluer les modèles d’écosystèmes. 

Dans nos modèles, les données actuelles seront combinées aux nouvelles études réalisées sur le terrain à l’île Bylot, à proximité de la collectivité de Pond Inlet, ainsi qu’à la station des Forces canadiennes Alert, sur l’abondance et les déplacements des prédateurs et des oiseaux migratoires, de même que sur les interactions entre la faune, les conditions de neige, les contaminants et les maladies. Les observations effectuées par les habitants du Nord complèteront les données recueillies par les scientifiques, puisque les habitants des régions nordiques sont des sentinelles qui voient venir les changements au sein de leur environnement, surtout en hiver. Notre projet contribuera également à renforcer les capacités des collectivités nordiques dans le cadre d’une formation dispensée aux habitants du Nord et aux étudiantes et étudiants diplômés.