9.12.19.2 HABs no Inverno: Outro Clupeid Harvest na WFS?

CPR’s coastal ocean model was next linked (Chen et al., 2003) to the estuaries with the Finite Volume Coastal Ocean Model (FVCOM). Este modelo de circulação de maior resolução incluiu tanto a baía de Tampa como o porto de Charlotte para calcular a força da maré e os fluxos de material estuarino. O FVCOM emprega uma grade não-estruturada na horizontal, enquanto resolve as equações prognósticas usando diferenças finitas (Weisberg e Zheng, 2006). Da mesma forma, envolve um sistema de coordenadas σ e uma técnica de mode-splitting para resolver as equações de momento, com dois passos de tempo (barotrópico vs. baroclínico) para a eficiência computacional.

Usando os modelos combinados de circulação ROMS/NAT HYCOM/FVCOM, os fluxos observados num array ADCP na isóbata de 25 m ao largo de Sarasota, Florida (amarração C10 da Figura 56(a)). foram subsequentemente replicados por estes modelos de circulação durante os primeiros 240 dias de 2005, com um coeficiente r2 de determinação de 0,87 em profundidade média (Weisberg et al, 2009). Assim, nenhum EKF foi aplicado a este registro de dados e os resultados do modelo de circulação. Ao invés disso, a consideração do transporte físico de apenas marés vermelhas abióticas, ou seja, sem termos de crescimento e perda de eqn , exceto advecção, foi explorada em seguida (Figura 62) durante 13 de janeiro a 18 de fevereiro de 2005 (Weisberg et al., 2009). A ressuspensão da maré vermelha de 2005, iniciada originalmente em setembro de 2004 (Figura 1), foi redescoberta pela primeira vez ao largo da Baía de Tampa, em uma frente forçada pela temperatura e salinidade.

Figure 62. As (a) trajetórias simuladas de partículas de marés vermelhas abióticas de K. brevis, liberadas perto do fundo do mar, durante janeiro de 2005 em relação à (b) contagem de células de Karenia. Cortesia de K. A. Steidinger. Código de cores denota idades de partículas simuladas e observações.

Cortesia de R.H. Weisberg.

Figure 62(a) mostra um conjunto de trajetórias Lagrangianas de partículas liberadas perto do fundo do modelo em três locais próximos ao ponto de avistamento inicial. Os códigos de cores correspondem à profundidade, com azul perto do fundo e vermelho perto da superfície. A Figura 62(b) mostra as contagens de células observadas nesta região, fornecidas pelos nossos colegas do FWC FWRI. Com base na contagem de células e na análise de trajetória, as células K. brevis foram transportadas de seu avistamento inicial ao largo para a praia no fundo da camada Ekman, como forçado por turnos no campo de vento. Portanto, o transporte físico é uma variável chave, ao analisar a posição da maré vermelha florescente em relação aos parâmetros bioquímicos em profundidade, que não são passíveis de monitoramento via satélite na superfície do mar durante qualquer estação do ano!

Uma exportação adicional de maré vermelha da WFS no início do inverno pode também ter sido responsável pela ‘grande mortandade de peixes ’86’ fotografados ao longo das praias de Long Key, a meio caminho entre Key West e Miami, FL, durante janeiro de 1886 por Ralph Middleton Monroe – um pioneiro da Flórida. Como a morte das ostras durante esse mês (Wilcox, 1887), as mortes de peixes foram então atribuídas às temperaturas frias em janeiro de 1886. No entanto, 100 anos depois, mais uma vez a contagem de células FWRI de K. brevis indicou ∼1.5 µg-chl l-1 perto da ilha Sanibel em 18 de Janeiro de 1995 (Tester and Steidinger, 1997). Esta maré vermelha tinha começado no epicentro costeiro da WFS em Setembro de 1994 (Figura 1), com extensas mortes de peixes relatadas entre o continente da Florida e as Tortugas Secas durante Janeiro e Fevereiro de 1995. Até 17 de fevereiro de 1995, ∼0.2 µg-chl l-1 de K. brevis foi amostrado ao largo de West Palm Beach na costa leste da Flórida, apropriadamente relatado pelo Miami Herald, com quantidades relíquias desta maré vermelha persistindo ao largo de Onslow Bay, NC, até março de 1995 (Tester and Steidinger, 1997).

Mais recentemente, marés vermelhas de janeiro-fevereiro de >10 µg-chl l-1 também foram observadas no epicentro costeiro, entre Tampa e Nápoles durante 1968, 1974, 1996, 1999, 2000, e 2002 (Figura 1). A aplicação de RCP dos modelos de circulação oceânica costeira existente mostrou que a mistura de momento, massa e outras variáveis escalares, isto é, nutrientes, marés vermelhas e peixes larvares, no WFS é determinada pela velocidade tridimensional, temperatura e campos de salinidade. Como a circulação oceânica une os nutrientes com a luz, estabelecendo assim o cenário para a produtividade primária e complexidade biológica, só através do acoplamento adequado da circulação com a ecologia podemos esperar simular a evolução das HABs do sudeste dos EUA. O diabo está sempre nos detalhes, claro.

E se as HABs aqui na WFS, assim como no GOM ocidental e a jusante da SAB, em todo o MS, no Mar Vermelho, e em partes do Golfo Arábico e do Mar, onde abundam os glúspides, não estivessem apenas à procura de luz e nutrientes dissolvidos, mas de presas vivas para colher? Apesar das temperaturas habituais de superfície de <20 °C e dos estoques de nitrato de <0,1 µmol-NO3 kg-1 durante janeiro-março na WFS (Walsh et al., 2003), a maré vermelha de 2005 continuou desde este evento de ressuspensão de janeiro, do início anterior de outubro de 2004, até dezembro de 2005 (Figura 1). Durante as marés vermelhas de outubro-novembro de 1998 e 1999 na WFS (Figura 1), os respectivos estoques de amônia e uréia, deixados para trás sem uso pelas populações de K. brevis em níveis ictiotóxicos de ∼1-10 µg-chl l-1 dentro de águas próximas à superfície, foram 0,07 e 0,11 µmol-N kg-1, comparado a 0,03 µmol-PO4 kg-1 em uma relação N/PO4 reciclada de 6,0 (Walsh et al., 2003). Os stocks de nutrientes simultâneos e as marés vermelhas durante 1998-99 na WFS reflectem uma colheita de azoto por K. brevis, já que as razões N/P dos peixes são, em vez disso, ∼32 (Walsh et al., 2006).

Indeed, os rendimentos comerciais dos peixes da WFS durante 2002-07 (Walsh et al.., 2009) produziram capturas por unidade de esforço (CPUEs) dos peixes dominantes da pesca de Inverno, o arenque – Opisthonema oglinum – que em 2007 eram ∼25% dos de 2002, após as marés vermelhas de 2005 e 2006 (Figura 1). Como um índice relativo de abundância de estoque (Gulland, 1983), o declínio do CPUE do arenque de fio após 2005 refletiu uma falha de recrutamento durante a desova de inverno de 2005, quando K. brevis não mais colheu T. erythraeum a temperaturas de <20 °C durante janeiro-março, quando sua presença no WFS é <8% de habitações iguais (Figura 3). Deduzimos que esses dinoflagelados ictiotóxicos, em seguida, colheram O. oglinum, ao invés da sua habitual utilização de alimento de peixe dos desovadores de primavera, ou seja, a sardinha espanhola, Sardinella aurita (Walsh et al., 2009). Com base em um registro de longo prazo de 45 marés vermelhas durante 1957-2008 (Figura 1), 10 delas excederam ∼10 µg-chl l-1 durante janeiro, implicando em uma colheita adicional de peixes hibernos para prolongar estas marés vermelhas de outono inicial.

De acordo, o modelo ecológico de RCP (HABSIM) incorpora 49 variáveis de estado em quatro submodelos (Figura 24) para avaliar o papel de cada fonte potencial de nutrientes para iniciação e manutenção das marés vermelhas na WFS: (1) um submodelo bioquímico; (2) um submodelo bentônico; (3) um submodelo óptico; e (4) um conjunto aninhado de submodelos de circulação. Como discutido anteriormente, o HABSIM é forçado, naturalmente, por uma combinação de ROMS/NAT HYCOM/FVCOM. O submodelo óptico incorpora um campo de luz espectral para calcular a irradiação, absorção e retrodifusão da água dentro da coluna de água. Os coeficientes de absorção e backscattering específicos para cada grupo de partículas de fitoplâncton e detritos são aplicados aos cálculos padrão de absorção de água e CDOM em cada nível de profundidade. Por sua vez, a limitação potencial de luz é calculada para todas as classes de fitoplâncton para ajudar a definir nichos individuais de cada produtor primário (Tabelas 1 e 2).

O submodelo bioquímico completo começa com as seguintes variáveis de estado nutricional: nitrato; amônio; fosfato; silicato; ferro dissolvido e coloidal; carbono inorgânico; formas refratárias e lábil de carbono orgânico dissolvido/nitrogênio/fósforo; e CDOM. Estas variáveis químicas medeiam a sucessão entre a comunidade fitoplanctônica de diatomáceas, K. brevis, A. monilatum, microflagelados e Trichodesmium, em competição também com o bacterioplâncton. Cada grupo funcional do fitoplâncton tem diferentes taxas específicas de excreção, respiração, lise e assentamento/nadaptação, assim como parâmetros de limitações nutricionais e de luz (Tabelas 1 e 2).

O fitoplâncton é subsequentemente colhido por herbívoros zooplanctónicos, isto é, protozoários e copépodes, com transferência de alimento para peixes larvares, afectando o seu recrutamento para os stocks de peixes adultos.

Os peixes em decomposição são uma fonte chave de nutrientes para as marés vermelhas, equivalente à fixação de nitrogénio estimulado por Trichodesmium (Walsh et al.., 2006, 2009), eles requerem formulações explícitas dentro do modelo bioquímico. Os peixes larvares de HABSIM têm parâmetros de taxa do peixe-isca-preto dominante na WFS e nos estuários adjacentes, isto é, fio do Atlântico, escamado e arenque redondo (O. oglinum, H. jaguana, e Etrumeus teres), sardinha espanhola (S. aurita), e biqueirão (Anchoa mitchilli). Estes peixes, por sua vez, são consumidos pelos piscivores do modelo. Diferentes estratégias de captura são representadas pela garoupa vermelha e mordaça (Epinephelus morio e Mycteroperca microlps), cavala real (Scomberomorus cavalla), vermillion snapper (Rhomboplites aurorubens), e colheitas por pescadores. Todos estes grupos de peixes são membros dominantes dos níveis tróficos superiores dentro das águas costeiras, por exemplo, o GOM e SAB, o Mar Negro, o MS, e o Golfo Arábico.

O submodelo bentónico é composto por uma única camada de sedimentos de 1 cm de espessura. Ele faz uso das mesmas variáveis de estado do modelo de coluna d’água, com exceção das espécies de fitoplâncton e biomassa de peixes armazenados. A produção primária do bentos é fornecida por diatomáceas bentónicas adaptadas à sombra e fixadas à areia. A matéria particulada, como os detritos, é permitida afundar da coluna de água para a camada sedimentar. As diatomáceas vivas que se afundam nos sedimentos da prateleira exterior, abaixo da zona eufótica, são supostas morrer lá e, portanto, são adicionadas ao reservatório de detritos sedimentares. As espécies dissolvidas difundem-se através da interface sedimento-água de acordo com as suas taxas de difusão molecular, corrigidas pela temperatura e tortuosidade dos sedimentos. Mas é necessária tal complexidade ecológica, como se reflete nas soluções atuais do modelo unidimensional do WFS (Figuras 26 e 30), ou é insuficiente?