Optimizing monitoring and eradication of invasive species: new frameworks and applications

This thesis develops new statistical, and decision making tools for the detection and eradication of invasive species. The first section develops models to predict locations of invasive species so monitoring effort can be concentrated there. The first chapter develops an advanced species distribution model that includes dispersal and environmental tolerances and outperforms traditional species distribution models of just environmental tolerances. In addition this model is able to capture estimates of the target species fecundity, dispersal range, environmental tolerances and conspecific larval aggregation. The second chapter compares the performance of this statistical model to a popular form of mechanistic hydrodynamic model that is widely used to model dispersal, but which is rarely validated. By comparing the two approaches I show how advanced species distribution models can be used as alternative models to assess the power of more expensive, computationally demanding mechanistic models and how in some cases the statistical models may perform as well for a fraction the cost.The second section of my thesis examines how to formulate a response to an invasion once it is detected. The first chapter develops the first quantitative framework for eradication. It suggests that eradication can proceed without directly targeting all life stages and the number of treatment passes and their timing can be calculated from basic biological data like maturation rates. The final chapter incorporates guidance from other published eradication frameworks. It modifies and amends them to form a decision tree of necessary experiments to determine eradication feasibility and timing. It adds to the previous chapter explicit consideration of mobility, immigration, and spatio-temporal variation in vulnerability to form a more complete eradication framework.Cette thèse développe de nouveaux outils statistiques qui peuvent être utilisés dans les prises de décision afin de détecter et d'éradiquer les espèces invasives. La première section de la thèse développe des modèles permettant de prévoir la localisation des espèces invasives afin d'identifier les lieux ou les efforts de surveillance devenaient être concentrés. Le premier chapitre développe un modèle de distributions d'espèces qui incluent les tolérances environnementales et la dispersion et ce faisant performe mieux que les modèles traditionnels qui n'incluent que les tolérances environnementales. De plus, ce modèle peut estimer des paramètres clés d'espèces cibles, comme la fécondité, le potentiel de dispersion, la tolérance environnementale et l'agrégation des larves de conspécifics. Le deuxième chapitre compare la performance du modèle statistique du premier chapitre à un modèle mécanistique hydrodynamique grandement utilisé en modélisation de dispersion, mais, en revanche, qui est rarement valider. En comparant les deux approches, je démontre comment les modèles de distributions d'espèces peuvent être utilisés comme modèles alternatifs pour évaluer le pouvoir de modèles mécanistique plus coûteux et informatiquement demandant et comment, dans certain cas, les modèles statistiques peuvent performer aussi bien mais pour une fraction des coûts. La deuxième partie de ma thèse examine comment formuler une stratégie d'intervention à une invasion quand cette dernière est détectée. Le premier chapitre développe une approche quantitative pour évaluer les éradications, une première de cette envergure. Elle suggère que les éradications peuvent se dérouler sans directement cibler tous les stages de vies, et le nombre de traitements ainsi que leur intervalle d'application peuvent être calculés de données basiques biologiques, comme les taux de maturations. Le dernier chapitre incorpore les considérations des autres schémas d'éradications publiés dans la littérature. La méthode modifie et amende des schémas publiés en formant un arbre de décisions d'expériences nécessaires qui ensuite détermine la faisabilité et l'envergure de l'éradication. Ce chapitre ajoute aux chapitres précédents, considérant explicitement la mobilité, l'immigration et la variation spatio-temporelle de la vulnérabilité, pour produire une approche compréhensive des schémas des réponses aux éradications