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Calibrating virtual population analysis for fisheries stock assessment

Abstract - Virtual population analysis (VPA) is often used for assessing freshwater and marine fisheries resources. One important component in VPA is to calibrate abundance estimates with a time series of abundance indices. One of the commonly used calibration processes usually includes simultaneous estimation of cohort sizes across all ages and years. This reduces the flexibility of the model in accounting for age- and year-effects, in particular in the presence of an age-specific curvilinear relationship between abundance index and stock abundance. In this study, we compared this simultaneous method tuning approach with a stepwise approach which calibrates abundance age by age in tuning VPA. The simulation study suggests that the stepwise procedure tends to perform better with no obvious retrospective errors in the estimated stock biomass compared with the simultaneous method which tends to have large positive retrospective errors. In applying the stepwise procedure and simultaneous method to a cod fishery data set, we found large differences in the stock sizes estimated for the most recent year using these two methods, with the current stock size estimated using the stepwise method being substantially smaller than that estimated with the simultaneous method. Considering the likelihood of the presence of curvilinear relationship between abundance index and stock abundance, we conclude that the stepwise method yields more reliable results, and is less risk-prone in using VPA for fisheries stock assessment.

Résumé - Calibrer l'analyse de population virtuelle pour évaluer les stocks de pêche
L'analyse de population virtuelle (VPA) est souvent utilisée pour estimer les ressources halieutiques des eaux continentales ou marines. Une phase importante en VPA est la calibration des estimations de l'abondance des cohortes en utilisant une ou des séries temporelles d'indices d'abondance. Une des méthodes couramment utilisée consiste à estimer simultanément l'abondance des cohortes sur l'ensemble des âges et des années. On diminue la flexibilité du modèle en prenant en compte ainsi des effets âge - année, en particulier lorsqu'il existe des relations non linéaires propres à chaque âge entre les indices d'abondance et l'abondance dans le stock. Dans cette étude, nous comparons cette méthode globale de calibration à une approche pas à pas qui consiste à calibrer l'abondance des cohortes âge après âge. L'étude de simulation montre que la procédure pas à pas tend à mieux opérer, sans erreur rétrospective évidente dans l'estimation de la biomasse du stock, comparée à la méthode globale qui génère rétrospectivement de fortes erreurs positives. En appliquant ces deux méthodes à un jeu de données issues d'une pêcherie de morue, nous avons mis en évidence de grandes différences dans les estimations du stock pour les années les plus récentes, la taille du stock finalement estimée en utilisant la méthode pas à pas, étant beaucoup plus petite que celle par la méthode globale. En considérant la probabilité de l'existence d'une relation non linéaire entre les indices d'abondance et l'abondance dans le stock, nous concluons que la méthode, pas à pas, donne des résultats plus fiables, et est d'un usage moins risqué quand la VPA est utilisée pour évaluer les stocks exploités par la pêche.