3.1 Modelo Regional (Noroeste de Baja California).
3.1.1 Comparación con observaciones de la climatologíaLa variación estacional de la distribución de la TSM simulada por el modelo (Fig. 4) representa adecuadamente los patrones de surgencia esperados, es decir cuando éstos son más intensos (enero-marzo) y más débiles (julio-septiembre), así como las diferentes zonas (frías y cálidas) que se presentan recurrentemente en todos los periodos. Asimismo, la serie climatológica de la TSM para los datos simulados del modelo logró simular el mínimo (febrero) y el máximo (septiembre) anual (Fig. 6), por lo que el modelo presenta un mismo comportamiento entre los resultados derivados del MODIS (r= 0.78, p= 0.004) y la estación del NDBC (r= 0.98, p= 1.11e-09). Por otra parte, la magnitud de los datos de la TSM simulados por el modelo son menores (2 ºC), esto significa que el modelo simula condiciones más bajas en la temperatura. Esto se puede deber a los datos de temperatura del NCOM utilizados para las fronteras abiertas del modelo. Además, el comportamiento de las series mantiene dicha diferencia constante, excepto en el mes de junio para la serie del MODIS, en donde se observa el efecto causado por la nubosidad en los datos de satélite.
Las transiciones estacionales y los florecimientos algales por surgencia (en donde el máximo de la concentración de clorofila se presentan en la costa y una concentración mínima en mar abierto) comunes a la región del SCC están representados en el modelo (Fig. 5). Además, el modelo simula adecuadamente las condiciones para los diferentes periodos, siendo el periodo de abril-junio el de mayor concentración de clorofila y el periodo de octubre-diciembre el del menor concentración. Aun así el modelo sobreestima ligeramente la concentración de clorofila en superficie. Esto quizás se deba en principio por los valores asignados a los parámetros relacionados con la tasa de absorción, mortalidad y pastoreo (ver Tabla 1), los cuales aún faltan de ser explorados y calculados para nuestra zona de estudio. Por otra parte,
la asimilación de datos ayudaría a corregir con el paso del tiempo la magnitud observada.
Figura 4. Variación estacional (periodo de cada 3 meses) de la anomalía de la temperatura superficial del mar (ºC) estimadas de los datos del MODIS y por el modelo para la serie del 2004 al 2011. Se muestra la ubicación de la BTS (recuadro azul).
Figura 5. Climatología (periodos de cada 3 meses) de la concentración superficial de clorofila estimada de los datos del MODIS y obtenidas mediante el modelo para la serie del 2004 al 2011. Se muestra la ubicación de la BTS (recuadro azul).
Figura 6. Climatología de la temperatura superficial del mar obtenida del modelo (línea negra continua), del MODIS (línea gris discontinua) y del NDBC (línea negra discontinua) para el periodo del 2004 al 2011. Se muestran las correlaciones entre las series.
3.1.2 Comparación con la variabilidad interanual
Se realizó un análisis comparativo de la variabilidad interanual de las simulaciones de la TSM y la concentración de clorofila superficial entre las serie del dominio regional y del MODIS para un dominio cercano a la BTS (Fig. 7). Para la TSM se observa un patrón y
tendencia similar en ambas series (r= 0.51, p= 1). Además se definen dos periodos, el
primero de 2004 a 2006 con una tendencia positiva y el segundo de 2007 a 2011 con una tendencia negativa (Fig. 7a). La variabilidad interanual de la concentración de clorofila para la serie de datos del modelo y del MODIS también tienen un patrón y
tendencia similares (r= 0.42, p= 1). En ambas series hay un ligero aumento en la
tendencia de la concentración de clorofila, así como el aumento de la magnitud y frecuencia de los eventos positivos (Fig. 7b).
Figura 7. a) Variabilidad interanual de la temperatura superficial del mar y de b) la concentración superficial de clorofila del modelo (línea azul) y del MODIS (línea negra y roja) para el periodo del 2004 al 2011. Se muestra la correlación entre las series y el dominio de los datos cercanos a la BTS (izquierda).
a)
3.2 Bahía de Todos Santos
3.2.1 Comparación con observaciones a través de perfiles de la temperatura y la clorofila
Existe una similitud entre el comportamiento del perfil seleccionado (para la temperatura y la clorofila) para las condiciones encontradas durante los cruceros del reporte de García Mendoza et al. (2007) y del modelo (Fig. 8). En ambos perfiles de la temperatura, las condiciones encontradas durante los cruceros de verano existe una marcada estratificación de la columna de agua y una mayor temperatura en superficie, pero tiende a disminuir con la profundidad más rápido que en otoño (cuando es menor la diferencia con la superficie). Por otra parte, las condiciones observadas durante los cruceros de invierno se observa una columna de agua totalmente mezclada (Fig. 8), esto produce un enriquecimiento de nutrientes en la columna de agua produciendo una disminución de la profundidad y grosor de la MSC para primavera-verano (Gong et al., 2014).
El MSC se formó a la misma profundidad para el crucero de otoño en ambos casos (aprox. 30 m), excepto en el crucero de verano cuando es más profundo en el modelo. No obstante, el modelo llega a simular la diferencia entre las condiciones encontradas en cada crucero en donde el MSC es más profundo y de menor magnitud en el crucero de otoño (Fig. 8).
Esta diferencia en la profundidad y la magnitud del MSC entre los cruceros de verano y otoño se debe primero al aporte en el suministro de nutrientes y en un incremento de la luz, es decir, en verano el MSC es menos profunda debido a un incremento en el suministro de nutrientes y en otoño es más profunda debido a un incremento en el suministro de luz (Klausmeir y Litchman, 2001). Pero la diferencia en la magnitud del MSC está en función de la difusividad y la velocidad de hundimiento (Hodges y Rudnick, 2004), es decir en verano por la alta difusividad el hundimiento del fitoplancton es más lento en comparación con el flujo rápido hacia arriba de los nutrientes (Huisman et al., 2006). Así, la mezcla inducida por el viento afecta
12
Fig 1. Estaciones muestreadas en el interior de la Bahía de Todos Santos para las tres campañas oceanográficas que comprenden el presente proyecto. La estacion 24 (st 24) solo se muetreo en la campaña Flucar-BTS JUL06.
Muestras para identificación y cuantificación de especies fitoplanctonicas. Muestras para cuantificación picoplancton por medio de epiflorescencia (Flucar-BTS JUL06) Datos no presentados.
Medición de la eficiencia fotosintética de las especies presentes (Flucar-BTS JUL06 y Flucar-BTS NOV06). Datos no presentados.
Muestras para medir la concentración de nutrientes (NO2, NO3. PO4 y SiO2)
Se realizaron asimismo arrastres con red de 33 m de luz de malla para colectar fitoplancton y con red de 330 m para zooplancton. Estos arrastres se llevaron a cabo solo en estaciones específicas (ver Fig. 1).
Metodologías empleadas Longitud -116.85 -116.80 -116.75 -116.70 -116.65 -116.60 Latitud 31.65 31.70 31.75 31.80 31.85 31.90 31.95 st 24 E1 E2 E5 E4 E3 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E11 E15 E14 E13 E16 E17
principalmente el espesor y la concentración del MSC, cambiando el transporte de nitrato del agua profunda hacia la capa superior (Gong et al., 2014).
Figura 8. Comparación de los perfiles de la concentración de clorofila y la temperatura de la estación 15 (recuadro izquierdo de las observaciones en círculo rojo se muestra la ubicación de la estación 15) para las condiciones encontradas durante los cruceros JUL06 (del 29 al 1 de julio del 2006), NOV06 (23 y 25 de octubre del 2006) y ENE07 (19 de enero del 2007) del reporte de García Mendoza et al. (2007) (abajo) y del MODELO para el promedio diario de cada crucero (arriba).
3.2.2 Comparación con la variación espacial de la temperatura y la clorofila superficial.
Las observaciones de García Mendoza et al. (2007) y el modelo de la distribución espacial de la TSM muestran en ambos casos una mayor temperatura en la dársena portuaria y disminuye hacia el suroeste de la BTS en la zona del cañón de Punta Banda (Fig. 9). A los 10 m las estructuras no logran ser las mismas en la mayoría de los casos
excepto en julio que se observa una distribución similar entre los resultados del modelo y lo medido en campo. No obstante, hay que recordar que la cobertura (espacial y temporal) de las observaciones no es la ideal, ni tampoco su mapeo, por lo que en algunos casos los mapas de las observaciones no necesariamente muestran adecuadamente las estructuras presentes con lo observado en campo.
Figura 9.Distribución espacial de la temperatura superficial y a 10 m de profundidad del mar para las condiciones encontradas durante los cruceros JUL06 (del 29 al 1 de julio del 2006) y NOV06 (23 y 25 de octubre del 2006) del reporte de García Mendoza et al. (2007) (derecha) y del MODELO para el promedio diario de cada crucero (izquierda).
Fig. 2a Figura 2 Fig. 2a Figura 2 Fig. 2a Figura 2 Fig. 2a Figura 2 Jul (2 m) Jul (2 m) Jul (10 m) Jul (10 m) Nov (2 m) Nov (2 m) Nov (10 m) Nov (10 m)
Figura 4
ºC ºCSe comparó la temperatura a 2 m de profundidad del modelo con la distribución de esta variable a los 4 m de profundidad reportada de las campañas realizadas en la BTS de enero 2008 a noviembre 2012 para el verano (agosto) (Fig. 10). En ésta se observa que el modelo logra representar la zona de máxima temperatura en el este de la BTS, además de una zona fría que se extiende desde el noroeste fuera de la BTS rodeando la isla de Todos Santos y extendiéndose hacia el sur, con una zona de mínima temperatura sobre la Bahía Salsipuedes (Fig. 10).
Figura 10.Distribución espacial de la temperatura a 4 m de profundidad del mar del MODELO (izquierdo) y del informe técnico de Kurczyn et al. (2012), para el promedio climatológico de Agosto del 2008 al 2011.
Aunque el modelo no logra simular la magnitud, cabe destacar que sí logra representar la distribución espacial de la concentración máxima superficial de clorofila (para verano y otoño) que se forma cerca de la dársena portuaria en el modelo y las observaciones (Fig. 11).
En verano la variación espacial del MSC tiene un patrón heterogéneo y se produce la concentración máxima superficial de clorofila sobre la dársena portuaria. No obstante, la falta de datos no permite apreciar la extensión real de las estructuras y éstas podrían en realidad asemejarse a lo que el modelo logra simular. De manera similar, en el modelo el MSC simulado se forma sobre el sureste de la BTS, pero no
logra simularse el máximo que se origina sobre Punta Morro (Fig. 11). En el otoño la simulación es mejor, se logra representar bien la zona de máxima concentración superficial y del MSC, en donde existe una clara diferencia en la distribución entre el sureste y noroeste de la BTS.
Figura 11.Distribución espacial de la concentración de clorofila superficial y del máximo sub- superficial de clorofila para las condiciones encontradas durante los cruceros JUL06 (del 29 al 1 de julio del 2006) y NOV06 (23 y 25 de octubre del 2006) del reporte de García
Mendoza et al. (2007) (derecha) y del MODELO para el promedio diario de cada crucero
(izquierda).
Figura 4
Figura 4
Figura 4
Figura 4
Figura 4
Jul (Sup) Jul (Sub)
Jul (MSC)
Nov (Sup) Nov (Sup)
Nov (MSC) Nov (MSC)
Jul (MSC)
3.2.3 Comparación con observaciones de la circulación estacional
Por último, se comparó la circulación estacional (verano) del trabajo de Kurczyn et al. (2012) con la simulación del modelo para la BTS. Se observa una corriente superficial entrando a la BTS por el noroeste, en donde es más intensa sobre la Isla de Todos Santos, que luego gira hacia el suroeste, quizá influenciada por la batimetría, para salir por la zona donde se localiza el cañón frente a la costa de Punta Banda (Kurczyn et al., 2012), dicha circulación está representada adecuadamente por el modelo. En profundidad el modelo logra simular los dos flujos salientes sobre la boca noroeste de la BTS (Fig. 12).
Figura 12. a) Velocidad de las corrientes de las masas de agua a 4 m de profundidad b) y para un corte en la vertical del transecto noroeste (línea roja) del MODELO (izquierdo, arriba) y del informe técnico (derecho, abajo) de Kurczyn et al. (2012) en la Bahía de Todos Santos, para el verano promedio del verano de agosto del 2008, 2010 y 2011. En rojo (azul) flujo hacia el norte (sur).
b)
a)
4 Resultados
4.1 Variabilidad estacional de la clorofila en la Bahía de Todos Santos
Dado los patrones observados en las diversas variables, en seguida se presenta una teoría de los procesos o secuencia de eventos que están dando lugar a la variabilidad observada en las variables analizadas.El invierno está caracterizado por una mayor intensidad del esfuerzo del viento meridional a finales de la estación de invierno y principios de primavera (Fig. 13), lo que ocasiona que exista una columna de agua mayormente mezclada (Fig. 14) y con poca variación de la temperatura a través de la misma. Estas condiciones sugieren que la distribución de la concentración de clorofila en superficie sea homogénea (Fig. 16), además de la posibilidad de ocasionar que sólo se forme un MSC cercano al Estero de Punta Banda (Fig. 16) y de baja intensidad (Fig. 14). Esta baja concentración de la clorofila podría estar asociado al transporte de nutrientes al interior de la BTS (Fig. 17), no obstante existen otros procesos biológicos (fisiológicos) que no permiten la acumulación de biomasa de fitoplancton en invierno. En esta época la concentración en todo la columna de agua es alta.
Para la primavera las condiciones ambientales se modifican, un aumento en la intensidad del esfuerzo del viento meridional (el cual comienza a disminuir) (Fig. 13), puede ocasionar una estratificación de la columna de agua (Fig. 14), como producto de esto la concentración de clorofila superficial en el interior de la BTS aumenta (Fig. 13). Además se podría formar un MSC intenso y poco profundo (Fig. 14), el cual se puede localizar aproximadamente a los primeros 10 metros y presentarse en toda la BTS (Fig. 16). El alto flujo de entrada de nutrientes en profundidad hacia la BTS (Fig. 17), además del balance de entrada y salida de clorofila (Fig. 17), pudieron ocasionar que en primavera se presente el máximo anual de clorofila en el interior de la BTS (Fig. 13).
En verano el esfuerzo del viento comienza aumentar y la TSM es alta hasta mediados del verano (Fig. 13), posteriormente comienza a disminuir. Esto sugiere una disminución en la concentración de clorofila en el interior de la BTS (Fig. 13). Además, de hacer que la distribución de la TSM sea heterogénea (Fig. 15) y la columna de agua
se encuentre mayormente estratificada (Fig. 14), esto posiblemente puede ocasionar que en la termoclina de 12 ºC aproximadamente (Fig. 15) se forme un MSC profundo y débil (Fig. 14) en comparación con el de primavera, con una distribución continua que cambia de intensidad de la costa hacia fuera de la BTS (Fig. 16). Por otra parte, un cambio en la circulación fuera de la BTS sugiere la disminución en la concentración superficial de clorofila en el interior de la BTS (Fig. 16), además de modificar el transporte de nutrientes y clorofila al interior de la BTS (Fig. 17), aumentando el flujo de salida de nutrientes y clorofila en profundidad. Asimismo, en el interior de la BTS se mantuvo una recirculación en el sureste de la BTS (Fig. 17), lo que causaría la estratificación (Fig. 14) y heterogeneidad en la distribución de la TSM (Fig. 15) y la clorofila (Fig. 16).
Por último, a principios de otoño al disminuir el esfuerzo del viento y la TSM (Fig. 13), se puede presentar una distribución homogénea en la TSM (Fig. 15) y la concentración de clorofila superficial (Fig. 16) en el interior de la BTS. Además, aunque se mantiene una estratificación de la columna de agua (Fig. 14), la termoclina de 12 ºC es más profunda (Fig. 15), por lo que sugiere la formación de un MSC (Fig. 16) a una profundidad mayor a 15 m y de baja intensidad (Fig. 14). Por otro lado, al ser bajo el transporte de nutrientes hacia el interior de la BTS (Fig. 17), se puede presentar bajas concentraciones de clorofila durante todo el otoño (Fig. 13).
Por lo antes dicho, el modelo sugiere que la variación estacional de la clorofila en la BTS puede deberse principalmente al transporte de nutrientes y clorofila al interior de la BTS. Esto es, en invierno-primavera un aumento en el esfuerzo del viento meridional ocasiona mayor actividad de surgencias costeras lo que sugiere un aumento en el flujo de entrada de nutrientes y clorofila hacia el interior de la BTS, presentándose la máxima concentración durante primavera. Posteriormente en verano-otoño, la baja actividad de surgencias por la disminución del esfuerzo del viento y el cambio en el patrón de circulación dentro y fuera de la BTS sugiere una disminución de la entrada de nutrientes y clorofila al interior de la BTS, lo cual hace que en otoño se presenten las mínimas concentraciones de clorofila en la BTS.
Figura 13.Climatología mensual (promedio 2004-2011) de a) la temperatura superficial del mar, b) el viento meridional y c) la clorofila en el interior de la Bahía Todos Santos.
Figura 14. Perfiles estacionales de la Temperatura y la clorofila en el centro de la Bahía de Todos Santos, para el promedio de invierno (Enero), primavera (Abril), verano (Julio) y otoño (Octubre) de la climatología 2004-2011.
a) b)
Figura 15.Variación estacional (climatología 2004-2011) de la temperatura superficial y para un corte vertical de un transecto (línea negra) a lo largo de la Bahía de Todos Santos. Se muestra la isoterma de 12 ºC (línea discontinua negra). Se restó la media de cada estación del año para mejor visualización; para el promedio de invierno (Enero; superficial= 12.5 ºC; vertical= 11.3 ºC), primavera (Abril; superficial= 12.3 ºC; vertical= 10.4 ºC), verano (Julio; superficial= 14.9 ºC; vertical= 12.3 ºC) y otoño (Octubre; superficial= 15.7 ºC; vertical= 13.2 ºC).
Figura 16.Variación estacional (climatología 2004-2011) de la concentración superficial y para un corte vertical de un transecto (línea negra) de la clorofila a lo largo de la Bahía de Todos Santos. Se muestra la isoterma de 12 ºC (línea discontinua negra). Se restó la media de cada estación del año para una mejor visualización; para el promedio de invierno (Enero; superficial= 2.25 mg·m-3; vertical= 2.45 mg·m-3), primavera (Abril; superficial= 6.8 mg·m-3; vertical= 7.43 mg·m-3), verano (Julio; superficial= 8.43 mg·m-3; vertical= 5.74 mg·m-3) y otoño (Octubre; superficial= 1.29 mg·m-3; vertical= 2.17 mg·m-3).
Figura 17.Corriente estacional a 4 m de profundidad (izquierda), anomalía estacional del transporte de nitrato (en medio) y clorofila (derecha) para el transecto noroeste de la BTS (línea roja) para el promedio del 2004 al 2011. Valores positivos corresponde al flujo hacia el interior de la BTS. Se muestra el cambio de signo (línea negra discontinua). Se restó la media para el promedio de invierno (Enero; NO3= 0.03 mg·m-3; Chl-a= 0.07 mg·m-3), primavera (Abril; NO3= 0.18 mg·m-3; Chl-a= 0.57 mg·m-3), verano (Julio; NO3= -0.16 mg·m-3; Chl-a= -0.01 mg·m-3) y otoño (Octubre; NO3= -0.001 mg·m-3; Chl-a= 0.05 mg·m-3).
4.2 Variabilidad interanual
La serie de la anomalía de la TSM simulada por el modelo para el interior de la BTS sugiere una variación de ±1.5 ºC (Fig. 18), con una mayor frecuencia de eventos positivos en los tres primeros años (2004-2006). Después del 2006 se presenta una tendencia positiva en la intensidad y frecuencia de eventos negativos. El 2011 fue un año con una anomalía negativa (-1 ºC) de la TSM durante todo el periodo (Fig. 18).
Se observa un patrón de la serie de la anomalía de la concentración de clorofila superficial simulada por el modelo para el interior de la BTS inverso al de la anomalía de la TSM (Fig. 18), en donde los tres primeros años (2004-2006) presentan una frecuencia de eventos negativos, seguidos de una tendencia al aumento en la intensidad y frecuencia de eventos positivos (Fig. 18). El 2006 presentó una anomalía negativa en la concentración superficial de clorofila y el 2011 una anomalía positiva.
(a)
(b)
Figura 18. Anomalía interanual de (a) la temperatura superficial del mar y de (b) la concentración de clorofila superficial del interior de la Bahía de Todos Santos, para el periodo del 2004 al 2011.
Con respecto a la relación de la variabilidad interanual con los patrones de gran escala, puede existir una relación entre la anomalía de la TSM en el interior de la BTS y la fase de la ODP (Rmensual= 0.22, p= 2.01e-04); con excepción del 2010, los demás
anomalía positiva de la TSM en el interior de la BTS coincidió con una fase cálida de la ODP y en el 2011 una anomalía negativa de la TSM en el interior de la BTS coincidió con una fase fría de la ODP (Fig. 19).
También se encontró una posible relación entre la fase del ENOS (a partir del IME) y la anomalía de la TSM en el interior de la BTS (Rmensual= 0.31, p= 0.007), con excepción del 2009 los demás años coinciden en la fase y en la tendencia (Fig. 19). Esto significa que cuando se presenta una fase cálida de El Niño en el interior de la BTS la anomalía de la TSM es positiva y en una fase fría de La Niña la anomalía de la TSM es negativa en el interior de la BTS.
Por otra parte, el modelo también sugiere que puede existir una relación inversa de la anomalía de la TSM en el interior de la BTS y la ROL (Rmensual= -0.17, p= 1.88e-07) (Fig. 19). Esto significaría que cuando se presenta una anomalía positiva de la ROL (total planetaria) la anomalía de la TSM en el interior de la BTS puede ser negativa y una anomalía negativa de la ROL la anomalía de TSM puede ser positiva. Pero el efecto de la ROL para el dominio de la BTS es diferente, es decir, en el 2011 se presentó una anomalía negativa más intensa que en 2006 (Fig. 20), por lo cual el efecto en la BTS es diferente al total planetario.
Otro posible patrón relacionado con la anomalía de la TSM en el interior de la BTS es la OGPN (Rmensual= -0.36, p= 0.008) (Fig. 19), el cual puede estar relacionado inversamente con la anomalía de la TSM. Esto es, cuando la altura de la superficie del