Advancing fisheries management: a spatially explicit, age-structured metapopulation model integrating connectivity and climate change for spatial policy evaluation

Fisheries provide food, livelihoods, and essential ecosystem services, yet they face mounting pressures from climate change, habitat degradation, and economic uncertainty. In the Mediterranean, the high fragmentation of stocks and intense competition for space demand spatially explicit approaches to management. This thesis develops METAFish, a modular and spatially explicit Management Strategy Evaluation (MSE) framework designed to simulate coupled fish-fishery dynamics under environmental variability. The model integrates population dynamics, larval connectivity, and fisheries behaviour within a spatially structured metapopulation system, enabling the exploration of effort- and area-based management measures under multiple Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios. The framework was applied to the Adriatic and Ionian Seas, using the European hake as a case study. Results demonstrated that (i) connectivity patterns can provide valuable information to guide the design of ecologically coherent and socio-economically efficient protected areas; (ii) dynamic reference points offer greater flexibility under changing climate conditions than static targets; and (iii) technical measures, such as changes in selectivity and effort redistribution, provide practical leverage for reconciling conservation and economic goals. Finally, the development of a Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA) framework, translated complex model outputs into transparent rankings of management strategies, supporting decision-making across ecological, economic, and social dimensions. By integrating spatial, environmental, and economic components, METAFish contributes to the operationalisation of ecosystem-based and climate-resilient fisheries management, consistent with the objectives of the EU Biodiversity Strategy, the Common Fisheries Policy, and the UN Decade of Ocean Science for Sustainable Development.

Le attività di pesca sono fonte di cibo e di servizi ecosistemici essenziali, ma affrontano sfide crescenti dovute al cambiamento climatico, al degrado degli habitat e all’incertezza economica. Nel Mediterraneo, l’elevata frammentazione degli stock e l’intensa competizione per lo spazio richiedono approcci di gestione che esplicitino le dinamiche spaziali del sistema pesca. Questa tesi sviluppa METAFish, un modello di valutazione di strategie di gestione modulare e spazialmente esplicito, progettato per simulare le dinamiche accoppiate tra le popolazioni ittiche e le attività di pesca in condizioni di variabilità ambientale. Il modello integra dinamica di metapopolazione, connettività larvale e comportamento della pesca all’interno di un sistema spazialmente strutturato, consentendo di esplorare misure di gestione basate sulla regolazione dello sforzo di pesca e sulla gestione di aree marine protette, in un contesto di cambiamento climatico. Questo strumento è stato applicato ai mari Adriatico e Ionio, utilizzando il nasello europeo come caso di studio. I risultati hanno mostrato che (i) i pattern di connettività possono fornire informazioni preziose per guidare la progettazione di aree protette ecologicamente coerenti ed efficienti dal punto di vista socio-economico; (ii) punti di riferimento dinamici per la gestione della pesca offrono una maggiore flessibilità in condizioni di cambiamento climatico rispetto ad obiettivi statici; e (iii) misure tecniche, quali modifiche della selettività e la ridistribuzione dello sforzo di pesca, forniscono leve pratiche per conciliare obiettivi di conservazione e obiettivi economici. Infine, lo sviluppo di uno strumento di analisi decisionale a molti attributi ha permesso di tradurre gli output modellistici complessi in punteggi di soddisfazione compositi relativi a diverse strategie gestionali, supportando il processo di definizione delle migliori politiche di gestione considerando le dimensioni ecologiche, economiche e sociali. Integrando componenti spaziali, ambientali ed economiche, METAFish contribuisce all’operazionalizzazione di una gestione della pesca ecosistemica e resiliente al cambiamento climatico, in linea con gli obiettivi della “EU Biodiversity Strategy”, della Politica comune della pesca e del “UN Ocean Decade for Sustainable Development”.