There is great interest in ecology to understand how wild animals are affected by anthropogenic disturbances, such as sounds. Behavioural response studies are an important approach to quantify the impact of naval activity on marine mammals. Controlled exposure experiments are undertaken where the behaviour of animals is quantified before, during, and after exposure to a controlled sound source, often using telemetry tags (e.g., accelerometers, or satellite trackers). Statistical modelling is required to formally compare patterns before and after exposure, to quantify deviations from baseline behaviour. We propose varying-coefficient stochastic differential equations (SDEs) as a flexible framework to model such data, with two components: (1) time-varying baseline dynamics, modelled with non-parametric or random effects of time-varying covariates, and (2) a non-parametric response model, which captures deviations from baseline. SDEs are specified in continuous time, which makes it straightforward to analyse data collected at irregular time intervals, a common situation for animal tracking studies. We describe how the model can be embedded into a state-space modelling framework to account for measurement error. We present inferential methods for model fitting, model checking, and uncertainty quantification (including on the response model). We apply this approach to two behavioural response study data sets on beaked whales: a satellite track, and high-resolution depth data. Our results suggest that the whales' horizontal movement and vertical diving behaviour changed after exposure to the sound source, and future work should evaluate the severity and possible consequences of these responses. These two very different examples showcase the versatility of varying-coefficient SDEs to measure changes in behaviour, and we discuss implications of disturbances for the whales' energetic balance.


翻译:生态学对了解野生动物如何受到人为扰动的影响,例如声音。行为反应研究是量化海军活动对海洋哺乳动物的影响的一个重要方法。在动物行为在接触受控的可靠来源之前、期间和之后,往往使用遥测标记(例如加速计或卫星跟踪仪)加以量化的情况下,进行受控暴露实验。需要进行统计建模,正式比较接触前后的形态,以量化偏离基线行为。我们提出不同效益的随机差异方程式,作为模拟此类数据的一种灵活框架,其中有两个组成部分:(1) 时间变化基线动态,以时间变化变化的千变基线效应为模型,采用不参数变化的千变千变千变万变万变数,以及(2) 非参数反应模型,该模型显示偏离基线的偏差。SDE是连续的,这样可以直接分析在不定期间隔期间收集的数据,这是动物跟踪研究的一种常见情况。我们描述了该模型的显示如何嵌入州空间建模框架,以计算测量误差。我们提出了两种变化的基线动态基准动态,我们用两种方法来测量数据轨迹变化,在模型中,我们用这些变化的轨迹上的行为方式来测量数据,在模型中,我们用来测量深度研究。我们用这些结果,我们用一种方法来测量模型,在研究中可以用来测量数据变化中进行。

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