Satellite-derived phytoplankton chlorophyll variability and long-term trends (1998-2021) in the Western Iberian Basin

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Franco, Susana
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/56946
Resumo: Tese de mestrado, Ciências do Mar, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
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spelling Satellite-derived phytoplankton chlorophyll variability and long-term trends (1998-2021) in the Western Iberian BasinDados de satélitecor do oceanobloom de primaveramagnitude do bloomtendênciasTeses de mestrado - 2023Departamento de Biologia VegetalTese de mestrado, Ciências do Mar, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasPhytoplankton is transversal to life on Earth. They are crucial to higher trophic levels and global fisheries, contributing to the carbon cycle and helping to regulate the climate of the Earth. It is important to understand and describe how phytoplankton changes and the mechanisms behind these changes to comprehend the marine environment. In the Western Iberian Peninsula (WIP), interannual variability and trends were examined for the bloom magnitude of phytoplankton (indexed by Chl-a), together with SST and MLD products. The variability of the three products was used to assess the relationship between phytoplankton biomass, regional warming and vertical mixing. The study revealed that the offshore WIP is an oligotrophic region, with low nutrients and a long-term decrease in phytoplankton biomass. The results indicate that the region is a transitional area with two opposing subregions that possess a distinct spatial variability. The northern region is a colder, light-limited area during winter, with higher nutrient concentration and higher phytoplankton biomass. Whereas the southern region is a warmer, more oligotrophic, with lower phytoplankton biomass. The climatology of the annual cycle of Chl-a shows the annual bloom occurring in spring and an annual biomass accumulation also occurring in autumn and winter. The results portray a complex variability for the region. The SST variability is found to be an important indicator of physical changes and vertical mixing, affecting the nutrient and light availability of phytoplankton. The MLD during winter is found to contribute to the phytoplankton blooming magnitude of the following spring. The regional trend analysis suggest that the more productive northern region have a long-term decrease in phytoplankton biomass, due to regional warming and shallowing vertical mixing, potentially impacting the marine ecosystem. This study raises important questions about the nature of the WIP and future changes in this marine environment.O fitoplâncton é transversal à vida na Terra. Estes microrganismos são cruciais para a estrutura e saúde das cadeias tróficas superiores e da pesca global, contribuindo para a produção de oxigénio, participando no ciclo global do carbono e responsáveis por quase metade da produtividade primária global, ajudando a regular o clima da Terra. É muito importante perceber e descrever as alterações de fitoplâncton e os possíveis mecanismos por detrás dessas mudanças para melhor compreender o oceano como um todo. Para capturar informação sobre estes ecossistemas marinhos, a deteção remota por satélite é o método mais acessível, com o melhor custo-benefício e aplicável a uma escala global. Neste trabalho, a variabilidade interanual e as tendências para a magnitude dos blooms de fitoplâncton no oceano ao largo da Costa Oeste da Península Ibérica (Western Iberian Peninsula, WIP na sigla inglesa) foram examinadas usando registos combinados de deteção remota e dados de modelos. Os dados de concentração de clorofila (Chl-a na sigla inglesa) deste trabalho foram baseados no projeto OC CCI (Ocean colour Climate Change Initiative) da ESA (European Space Agency), como um dos mais completos conjuntos de dados de deteção remota, usando compósitos mensais de Chl-a. A análise interanual do fitoplâncton (indexado por Chl-a) foi acompanhada pela análise interanual de Temperatura de Superfície do Oceano e Camada de Mistura (Sea Surface Temperatures e Mixed Layer Depth, SST e MLD respetivamente na sigla inglesa) com o propósito de avaliar a relação entre a abundância de fitoplâncton, aquecimento regional e mistura vertical. Para a variabilidade temporal, a climatologia do ciclo anual para Chl-a mostra um bloom anual na estação da primavera e acumulação de biomassa nos meses de outono e inverno. Os meses de primavera mostram um aumento de temperatura de superfície e uma diminuição da mistura vertical. Estas condições são ótimas para o crescimento do fitoplâncton e a sua acumulação na primavera porque durante o inverno, o fitoplâncton tem nutrientes disponíveis pela mistura vertical, mas está limitado pela menor radiação solar e pela mistura vertical excessiva havendo por isso pouca acumulação de biomassa. Com o fim da primavera, a mistura vertical fica menos profunda e há maior estratificação da coluna de água levando a um esgotamento dos nutrientes por parte do fitoplâncton. Assim, os meses de verão são vistos como meses limitados por nutrientes, em oposição aos meses de inverno que são limitados por luz. Durante o outono, as temperaturas baixam e a mistura vertical aumenta, possivelmente, indicando um aumento na disponibilidade de nutrientes que leva ao aumento de biomassa de fitoplâncton confirmado neste trabalho. Esta acumulação de biomassa é, no entanto, inferior ao observado durante a primavera. Concluindo que as estações de primavera e outono são vistas como estações de transição entre meses limitados por nutrientes (durante o inverno) e meses limitados por luz (durante o verão). A variabilidade interanual analisada neste trabalho mostra alguns anos de eventos extremos. 2005, 2009 e 2015 são anos registados com eventos extremos com temperaturas de superfície mais frias, camada de mistura mais profunda e maior concentração de Chl-a. Estas condições indicam uma menor estratificação da coluna de água e, possivelmente, uma maior disponibilidade de nutrientes, que se reflete no aumento de biomassa durante o bloom. Ao invés, 1998, 2008 e 2020 são anos registados com eventos extremos com temperaturas de superfície mais quentes, camada de mistura menos profunda e menor concentração de Chl-a. Estas condições indicam uma maior estratificação da coluna de água e, possivelmente, uma menor disponibilidade de nutrientes, que se reflete na diminuição de biomassa durante o bloom. Os resultados da variabilidade sugerem que a região total é uma região de transição, oligotrófica, com baixa biomassa do fitoplâncton e com um regime subtropical, uma vez que eventos com aumento de temperatura e redução da camada de mistura provocam menor magnitude de blooms. Os resultados sugerem ainda a existência de duas regiões opostas com uma variabilidade espacial distinta. A transição é demarcada em torno dos 40°N. Esta latitude separa a região norte, um pouco mais limitada por luz, da região sul, mais limitada por nutrientes Quando às tendências da WIP. O oceano no norte da WIP é visto como uma área mais fria, com maior concentração de nutrientes, maior mistura vertical e maior biomassa de fitoplâncton. Indicativo de uma região mais produtiva. Neste estudo, a região norte da WIP, a mais produtiva da área em estudo, regista tendências negativas de Chl-a, positivas de temperatura de superfície e negativas para a camada de mistura. Numa região de oceano mais produtiva (mais biomassa e possivelmente maior disponibilidade de nutrientes), a diminuição da biomassa do fitoplâncton devido ao aquecimento regional e à menor mistura vertical pode representar um impacto no ecossistema marinho. O oceano no sul da WIP é visto como uma área mais quente, mais oligotrófica, com menor mistura vertical e menor biomassa de fitoplâncton. A região sul da WIP, a mais oligotrófica da área de estudo, regista tendência positivas de Chl-a, positivas de temperatura de superfície e nenhum padrão claro no comportamento da camada de mistura. Esta é uma região oligotrófica complexa, com tendência para aquecimento da superfície do oceano e diminuição da biomassa do fitoplâncton. É esperado um maior impacto nos blooms anuais na região norte, devido a ser uma zona de maior produtividade. A região sul, sendo mais oligotrófica face às tendências, não tem uma resposta clara na biomassa do fitoplâncton. Adicionalmente, é esperado o aumento das áreas oligotróficas na região toda da WIP, devido à tendência de menor biomassa na região norte. As relações de Chl-a com a temperatura de superfície do oceano e com a profundidade da camada de mistura observadas neste trabalho estão de acordo com outros estudos aqui referenciados. As tendências de SST, na região total, mostram uma proporcionalidade inversa entre a temperatura de superfície e a concentração de Chl-a. Com a tendência de aquecimento regional, a biomassa do fitoplâncton tende a diminuir. Já as tendências da camada de mistura mostram uma proporcionalidade direta com a concentração de Chl-a. Uma tendência de menor camada de mistura, nas latitudes mais elevadas, provoca, possivelmente, uma diminuição na disponibilidade de nutrientes na coluna de água, que leva à diminuição de biomassa de fitoplâncton observada nas tendências. O aumento das temperaturas na superfície do oceano e a redução da mistura vertical provocam uma maior estratificação, que por si, induz, possivelmente, um esgotamento da disponibilidade de nutrientes e uma redução na biomassa e magnitude dos blooms em regiões de transição como a WIP. Os resultados deste estudo retratam uma variabilidade temporal e espacial complexa no que diz respeito à biomassa do fitoplâncton, temperatura da superfície do oceano e mistura vertical. A variabilidade da SST é vista como um importante contributo para mudanças físicas e movimentos convectivos, afetando a disponibilidade de nutrientes e luz para o processo de fotossíntese. Já a mistura vertical, durante o inverno, está correlacionada com magnitude dos blooms de fitoplâncton na primavera seguinte. Conjugado com as tendências de aquecimento regional, uma menor mistura vertical irá, possivelmente, provocar a diminuição da magnitude dos blooms de fitoplâncton, impactando fortemente a saúde das cadeias tróficas superiores, a atividade piscatória local, a produção de oxigénio e o ciclo global do carbono. Este estudo levanta questões importantes sobre a natureza da região norte do WIP e futuras mudanças neste ambiente marinho.Valente, AndréBrotas, Vanda, 1958-Repositório da Universidade de LisboaFranco, Susana2023-03-31T08:31:53Z202320222023-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/56946TID:203490304enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-11-20T18:20:33Zoai:repositorio.ul.pt:10451/56946Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openairemluisa.alvim@gmail.comopendoar:71602024-11-20T18:20:33Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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