Marea Roșie

9.12.19.2 HAB-uri în timpul iernii: Another Clupeid Harvest on the WFS?

Modelul oceanic de coastă al RCP a fost apoi conectat (Chen et al., 2003) la estuare cu Modelul Oceanului de Coastă cu Volum Finit (FVCOM). Acest model de circulație cu rezoluție mai mare a inclus atât Tampa Bay, cât și Charlotte Harbor, pentru a calcula forțarea mareelor și fluxurile de material estuarine. FVCOM utilizează o grilă nestructurată în plan orizontal, în timp ce rezolvă ecuațiile de prognoză folosind diferențe finite (Weisberg și Zheng, 2006). În mod similar, implică un sistem de coordonate σ și o tehnică de divizare a modurilor pentru a rezolva ecuațiile momentului, cu doi pași de timp (barotropic vs. baroclinic) pentru eficiență computațională.

Utilizând modelele de circulație combinate ROMS/NAT HYCOM/FVCOM, fluxurile observate la o matrice ADCP pe izobata de 25 de metri în largul Sarasota, Florida (ancorajul C10 din figura 56(a)). au fost ulterior reproduse de aceste modele de circulație pe parcursul primelor 240 de zile din 2005, cu un coeficient de determinare r2 de 0,87 la mijlocul adâncimii (Weisberg et al., 2009). Astfel, nu s-au aplicat EKF-uri la această înregistrare de date și la rezultatele modelului de circulație. În schimb, a fost explorată în continuare luarea în considerare a transportului fizic doar a mareelor roșii abiotice, adică fără termenii de creștere și pierdere din ecuația , cu excepția advecției (Figura 62), în perioada 13 ianuarie – 18 februarie 2005 (Weisberg et al., 2009). Resuspensia florei de maree roșie din 2005, inițiată inițial în cursul lunii septembrie 2004 (Figura 1), a fost redescoperită pentru prima dată în largul golfului Tampa Bay, pe un front forțat de temperatură și salinitate.

Figura 62. (a) traiectoriile simulate ale particulelor din mareele roșii abiotice de K. brevis, eliberate în apropierea fundului mării, în ianuarie 2005, în raport cu (b) numărul de celule Karenia. Prin amabilitatea lui K.A. Steidinger. Codurile de culoare denotă vârstele particulelor simulate și ale observațiilor.

Curtesy of R.H. Weisberg.

Figura 62(a) prezintă un set de traiectorii lagrangiane pentru particule eliberate în apropierea fundului modelului în trei locații din apropierea punctului de observare inițială. Codurile de culoare corespund adâncimii, cu albastru aproape de fund și roșu aproape de suprafață. Figura 62(b) prezintă numărul de celule observate în această regiune, furnizate de colegii noștri de la FWC FWRI. Pe baza numărului de celule și a analizei traiectoriilor, celulele de K. brevis au fost transportate de la observarea lor inițială în larg până la plaja de coastă în stratul inferior Ekman, forțate de schimbările în câmpul de vânt. Prin urmare, transportul fizic este o variabilă cheie, atunci când se analizează poziția florei de maree roșie în raport cu parametrii biochimici la adâncime, care nu pot fi monitorizați prin satelit la suprafața mării în niciun anotimp!

Un export suplimentar de maree roșie WFS mai devreme în timpul iernii poate fi, de asemenea, responsabil pentru „marea ucidere a peștilor din ’86” fotografiată de-a lungul plajelor din Long Key, la jumătatea distanței dintre Key West și Miami, Florida, în ianuarie 1886 de Ralph Middleton Monroe – un pionier al Floridei. Ca și în cazul morții stridiilor din acea lună (Wilcox, 1887), moartea peștilor a fost atribuită apoi temperaturilor scăzute din ianuarie 1886. Cu toate acestea, 100 de ani mai târziu, încă o dată, numărarea celulelor de K. brevis de către FWRI a indicat ∼1,5 µg-chl l-1 în apropiere de Insula Sanibel la 18 ianuarie 1995 (Tester și Steidinger, 1997). Această maree roșie a început în epicentrul WFS de coastă în septembrie 1994 (figura 1), fiind raportate ucideri extinse de pești între Florida continentală și Dry Tortugas în ianuarie și februarie 1995. Până la 17 februarie 1995, ∼0,2 µg-chl l-1 de K. brevis au fost prelevate în largul West Palm Beach de pe coasta de est a Floridei, fapt relatat în mod conștiincios de Miami Herald, cu cantități relicte de această maree roșie care au persistat în largul golfului Onslow, NC, până în martie 1995 (Tester și Steidinger, 1997).

Mai recent, maree roșii din ianuarie-februarie de >10 µg-chl l-1 au fost, de asemenea, observate în epicentrul de coastă, între Tampa și Naples, în 1968, 1974, 1996, 1999, 2000 și 2002 (Figura 1). Aplicarea de către RCP a modelelor existente de circulație oceanică de coastă a arătat că amestecul de impulsuri, masă și alte variabile scalare, adică nutrienți, maree roșii și larve de pești, pe WFS este determinat de câmpurile tridimensionale de viteză, temperatură și salinitate. Deoarece circulația oceanică unește nutrienții cu lumina, pregătind astfel terenul pentru productivitatea primară și complexitatea biologică, numai prin cuplarea corectă a circulației cu ecologia putem spera să simulăm evoluția HAB-urilor din sud-estul SUA. Diavolul este întotdeauna în detalii, bineînțeles.

Ce s-ar întâmpla dacă HAB-urile de aici, din WFS, precum și din vestul GOM și din aval SAB, din toată MS, din Marea Roșie și din părți ale Golfului și Mării Arabiei, unde abundă clupeidele, nu ar căuta doar lumină și nutrienți dizolvați, ci și prăzi vii pe care să le recolteze? În ciuda temperaturilor de suprafață obișnuite de <20 °C și a stocurilor de nitrați de <0,1 µmol-NO3 kg-1 în perioada ianuarie-martie pe WFS (Walsh et al., 2003), marea roșie din 2005 a continuat de la acest eveniment de resuspensie din ianuarie, de la inițierea anterioară din octombrie 2004, până în decembrie 2005 (Figura 1). În timpul mareelor roșii din octombrie-noiembrie 1998 și 1999 pe WFS (figura 1), stocurile respective de amoniu și uree, rămase neutilizate de populațiile de K. brevis la niveluri ihtiotoxice de ∼1-10 µg-chl l-1 în apele apropiate de suprafață, au fost de 0,07 și 0,11 µmol-N kg-1, în comparație cu 0,03 µmol-PO4 kg-1 într-un raport N/PO4 reciclat de 6,0 (Walsh et al., 2003). Stocurile concomitente de nutrienți și mareele roșii din 1998-99 de pe WFS reflectă o recoltă de azot de către K. brevis, deoarece raportul N/P al peștilor este în schimb ∼32 (Walsh et al., 2006).

De fapt, randamentele comerciale ale peștilor de pe WFS în perioada 2002-2007 (Walsh et al., 2009) au dat capturi pe unitate de efort (CPUE) de clupeide dominante care se reproduc în timpul iernii, heringul filiform – Opisthonema oglinum – care în 2007 au fost ∼25% din cele din 2002, după mareele roșii din 2005 și 2006 (figura 1). Ca indice relativ al abundenței stocului (Gulland, 1983), declinul CPUE al heringului filetat după 2005 a reflectat un eșec de recrutare în timpul reproducerii de iarnă din 2005, când K. brevis nu a mai recoltat T. erythraeum la temperaturi de <20 °C în perioada ianuarie-martie, când prezența lor pe WFS este <8% egală cu locuirea (figura 3). Deducem că aceste dinoflagelate ihtiotoxice au recoltat atunci O. oglinum, în locul utilizării obișnuite a hranei peștilor de la reproducătorii de primăvară, și anume sardina spaniolă, Sardinella aurita (Walsh et al., 2009). Pe baza unei înregistrări pe termen lung de 45 de maree roșii în perioada 1957-2008 (figura 1), 10 dintre acestea au depășit ∼10 µg-chl l-1 în luna ianuarie, ceea ce implică o recoltă suplimentară de pește hibernal pentru a prelungi aceste maree roșii inițiale de toamnă.

În consecință, modelul ecologic al RCP (HABSIM) încorporează 49 de variabile de stare în patru submodele (Figura 24) pentru a evalua rolul fiecărei surse potențiale de nutrienți pentru inițierea și menținerea mareelor roșii pe WFS: (1) un submodel biochimic; (2) un submodel bentonic; (3) un submodel optic; și (4) o suită imbricata de submodele de circulație. După cum s-a discutat anterior, HABSIM este forțat, bineînțeles, de o combinație de ROMS/NAT HYCOM/FVCOM. Submodelul optic încorporează un câmp de lumină spectrală pentru a calcula iradierea, absorbția și retrodifuzia în coloana de apă. Coeficienții de absorbție și de retrodifuziune specifici fiecărui grup de particule de fitoplancton și detritus sunt aplicați la calculele standard ale absorbției apei și a CDOM la fiecare nivel de adâncime. La rândul său, limitarea potențială a luminii este calculată pentru toate clasele de fitoplancton pentru a ajuta la definirea nișelor individuale ale fiecărui producător primar (tabelele 1 și 2).

Submodelul biochimic complet începe cu următoarele variabile de stare a nutrienților: nitrat; amoniu; fosfat; silicat; fier dizolvat și coloidal; carbon anorganic; forme refractare și labile de carbon organic dizolvat/azot/fosfor; și CDOM. Aceste variabile chimice mediază succesiunea în cadrul comunității fitoplanctonice de diatomee, K. brevis, A. monilatum, microflagelați și Trichodesmium, în competiție, de asemenea, cu bacterioplanctonul. Fiecare grup funcțional de fitoplancton are rate specifice diferite de excreție, respirație, liză și decantare/înot, precum și parametri de limitare a nutrienților și a luminii (tabelele 1 și 2).

Fitoplanctonul este ulterior recoltat de către erbivorele zooplanctonice, adică protozoare și copepode, cu transfer de hrană către larvele de pești, afectând recrutarea acestora în stocurile de pești adulți.

Ca urmare a faptului că peștii în descompunere sunt o sursă cheie de nutrienți pentru mareele roșii, echivalentă cu cea a fixării azotului stimulată de praf de către Trichodesmium (Walsh și colab, 2006, 2009), acestea necesită formulări explicite în cadrul modelului biochimic. Larvele de pești din HABSIM au parametrii de viteză ai peștilor momeală clupeide dominante pe WFS și în estuarele adiacente, și anume, heringul de Atlantic, heringul solzos și heringul rotund (O. oglinum, H. jaguana și Etrumeus teres), sardina spaniolă (S. aurita) și hamsia de golf (Anchoa mitchilli). Acești pești, la rândul lor, sunt consumați de piscivorii modelului. Diferite strategii de recoltare sunt reprezentate de mreana roșie și de mreanul roșu (Epinephelus morio și Mycteroperca microlps), de macroul (Scomberomorus cavalla), de snapperul vermillion (Rhomboplites aurorubens) și de recoltele efectuate de pescari. Toate aceste grupuri de pești sunt membri dominanți ai nivelurilor trofice superioare în cadrul apelor de coastă, de exemplu, GOM și SAB, Marea Neagră, MS și Golful Arabiei.

Submodelul bentonic este compus dintr-un singur strat de sedimente de 1 cm grosime. Acesta utilizează aceleași variabile de stare ca și modelul coloanei de apă, cu excepția speciilor de fitoplancton și a biomasei stocate de pește. Producția primară în bentos este asigurată de diatomeele bentonice atașate la nisip și adaptate la umbră. Materia sub formă de particule, cum ar fi detritusul, este lăsată să se scufunde din coloana de apă în stratul de sedimente. Se presupune că diatomeele vii care se scufundă în sedimentele platformei exterioare, sub zona eufotică, mor acolo și, prin urmare, se adaugă la fondul de detritus din sedimente. Speciile dizolvate difuzează prin interfața sediment-apă în funcție de ratele lor de difuzie moleculară, corectate în funcție de temperatură și de tortuozitatea sedimentelor. Dar este necesară o astfel de complexitate ecologică, așa cum se reflectă în soluțiile actuale ale modelului unidimensional al WFS (figurile 26 și 30), sau este insuficientă?

.