Cyanobacterial harmful algal blooms (CyanoHABs), mainly composed of the genus Microcystis, occur frequently throughout the Laurentian Great Lakes. We used artificial neural networks (ANNs) involving 31 hydrological and meteorological predictors to model total phytoplankton (as chlorophyll a) and Microcystis biomass from 2009 to 2011 in western Lake Erie. Continuous ANNs provided modeled-measured correspondences (and modeling efficiencies) ranging from 0.87 to 0.97 (0.75 to 0.94) and 0.71 to 0.90 (0.45 to 0.88) for training-cross-validation and test data subsets of chlorophyll a concentrations and Microcystis biovolumes, respectively. Classification ANNs correctly assigned up to 94% of instances for Microcystis presenceabsence. The influences of select predictors on phytoplankton and CyanoHAB niches were visualized using biplots and threedimensional response surfaces. These then were used to generate mathematical expressions for the relationships between modeled CyanoHAB outcomes and the direct and interactive influences of environmental factors. Based on identified conditions (ϳ40 to 50 g total phosphorus (TP)·L −1 , 22 to 26°C, and prolonged wind speeds less than ϳ19 km·h −1 ) underlying the likelihood of occurrence and accumulation of phytoplankton and Microcystis, a "target" concentration of 30 g TP·L −1 appears appropriate for alleviating blooms. ANNs generated robust ecological niche models for Microcystis, providing a predictive framework for quantitative visualization of nonlinear CyanoHAB-environmental interactions.
Résumé: Les fleurs d'eau de cyanobactéries nuisibles (CyanoHAB), constituées principalement du genre Microcystis, sont fréquentes dans tous les Grands Lacs laurentiens. Nous avons utilisé des réseaux neuronaux artificiels (« ANNs ») incluant 31 prédicteurs hydrologiques et météorologiques pour modéliser la biomasse de phytoplancton totale (chlorophylle a) et de Microcystis, de 2009 à 2011, dans la partie occidentale du lac Érié. Des ANNs continus ont fourni des correspondances modèle-mesures (et des valeurs d'efficacité de la modélisation) allant de 0,87 à 0,97 (0,75 à 0,94) et de 0,71 à 0,90 (0,45 à 0,88) pour des sous-ensembles de données d'entraînement-de contrevalidation et d'essai des concentrations de la chlorophylle a et des biovolumes de Microcystis, respectivement. Les ANNs de classification ont affecté correctement jusqu'à 94 % des cas d'absence ou de présence de Microcystis. Les influences de prédicteurs sélectionnés sur les niches de phytoplancton et de CyanoHAB ont été visualisées à l'aide de diagrammes de double projection et de surfaces de réponse tridimensionnelles, qui ont ensuite été utilisés pour produire des expressions mathématiques pour les relations entre les CyanoHAB modélisées et les influences directes et interactives de facteurs environnementaux. À la lumière des conditions cernées (ϳ40 à 50 g phosphore total (PT)·L −1 , de 22 à 26°C et des vitesses du vent soutenues inférieures à ϳ19 km·h −1 ) sous-tendant la probabilité de présence et d'accumulation de phytoplancto...