Capítulo 11 Ecosistemas de Plataforma

PROPUESTA METODOLÓGICA PARA
DIAGNOSTICAR Y PRONOSTICAR LAS
CONSECUENCIAS DE LAS
ACTUACIONES HUMANAS EN EL
ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR
Diciembre 2010
Capítulo 11: Ecosistema de Plataforma
Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía — Centro
Superior de Investigaciones Científicas
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Antecedentes
El 24 de Mayo de 2007 se firmó el contrato de adjudicación del procedimiento
negociado sin publicidad entre la Autoridad Portuaria de Sevilla y el Consejo Superior
de Investigaciones Científicas para el estudio titulado “PROPUESTA
METODOLÓGICA
PARA
DIAGNOSTICAR
Y
PRONOSTICAR
LAS
CONSECUENCIAS DE LAS ACTUACIONES HUMANAS EN EL ESTUARIO DEL
GUADALQUIVIR” coordinado por D. Javier Ruiz Segura (Instituto de Ciencias
Marinas de Andalucía – Consejo Superior de Investigaciones Científicas) y D. Miguel
Á. Losada (Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales – Universidad de Granada).
Según lo establecido en el Anejo I del presente convenio se regulan las tareas científicotécnicas que le son asignadas al Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN).
Con fecha 17 de enero de 2008, fue firmado el Convenio de Colaboración entre el CSIC
y la Universidad de Granada para la participación del Grupo de Dinámica de Flujos
Ambientales (GDFA) en la realización del citado estudio.
Inscrito en dicho marco de colaboración se encuentra el presente Informe que describe
el ecosistema en la zona de plataforma continental adyacente a la desembocadura del
estuario del Guadalquivir, realizado por el ICMAN-CSIC. En este trabajo han
participado por el ICMAN-CSIC Emma Huertas, Gabriel Navarro, Laura Prieto y Javier
Ruiz; actuando de ponente y siendo director de este trabajo el Prof. Javier Ruiz Segura.
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Índice
Índice............................................................................................................................... 5
Lista de Figuras ........................................................................................................... 6
Resumen ........................................................................................................................ 9
Estructura del capítulo y sus contenidos ............................................................. 9
11.1 Introducción ...................................................................................................... 11
11.1.1 Definiciones y escalas................................................................................. 12
11.2 Interacción de procesos meteorológicos y dinámicos ............................... 14
11.3 Regiones ecológicas en el golfo de Cádiz: herramientas, componentes y
función. .......................................................................................................................... 19
11.3.1 Procesamiento de imágenes de color oceánico ..................................... 19
11.3.2 Procesamiento de imágenes de color oceánico ..................................... 21
11.3.3 Procesamiento de imágenes de color oceánico ..................................... 22
11.3.4 La eco-región Franja Costera: Plataforma frente a la desembocadura.
26
11.3.5 Forzamiento estuárico de la biogeoquímica en la eco-región de
plataforma. .................................................................................................................... 29
11.3.6 La eco-región plataforma: ejes de variabilidad. ...................................... 40
11.3.7 Presencia de la pluma de turbidez en la plataforma.............................. 43
11.3.8 La eco-región franja costera como sumidero de CO2 ........................... 46
10.1.1 La eco-región franja costera y los recursos pesqueros en el golfo de
Cádiz. 48
10.2 Conclusiones y trabajo futuro ........................................................................ 51
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Lista de Figuras
Figura 11.1. Esquema de circulación en el Golfo de Cádiz como se deduce del
análisis de Criado-Aldeanueva et al, (2009). Las líneas grises se corresponden
con la circulación de primavera-verano propuesta por García-Lafuente et al.
(2006). Las líneas negras indican la circulación del océano abierto al final del
otoño e invierno donde el flujo cambia de sentido anticiclónico a ciclónico en la
cuenta este del Golfo de Cádiz. ................................................................................ 12
Figura 11.2. Ilustración de los rangos de variabilidad espacial y temporal de tres
eslabones tróficos de mayor importancia en el sistema pelágico. Además se
muestra la escala espacial-temporal que abarcan los diferentes sistemas de
muestreo como son las campañas oceanográficas y los satélites, usados en
este estudio. ................................................................................................................. 14
Figura 11.3. Izda. Densidad de probabilidad del viento en las estaciones
meteorológicas de Cádiz y Huelva. Valores positivos del eje x (oeste) y del eje
y (norte). Dcha: Espectro de potencia de la varianza del viento en las
estaciones de Cádiz y Huelva. .................................................................................. 15
Figura 11.4. Componente de la velocidad de corriente paralela y perpendicular
a la costa obtenidas por el correntímetro fondeado en la zona de plataforma en
el periodo comprendido desde enero de 2002 hasta agosto de 2004. La línea
azul representa la serie original de ambas componentes, mientras que la línea
verde es la serie filtrada: A y B en frecuencias menores a la componente
semidiurna, es decir, se representa la corriente con frecuencias comprendidas
hasta 12 horas-1; mientras que en C y D, la línea verde representa la corriente a
frecuencias mayores de 1 mes y menores de 1 semana, que se corresponde
con la componente sinóptica o meteorológica........................................................ 16
Figura 11.5. Diagramas TS mensuales en la zona de plataforma del Golfo de
Cádiz desde Abril de 2003 (A) hasta marzo de 2004 (L). La escala de colores
indica la intensidad de fluorescencia de la clorofila (u.r.). La líneas marcan las
diferentes isopicnas, incluyendo la más gruesa que es indicativa del NACW. . 18
Figura 11.6. Valor del modo espacial para los seis primeros modos.................. 23
Figura 11.7. Coeficientes temporales para los tres primeros modos.................. 24
Figura 11.8. Zonas extraídas a partir del segundo modo espacial del análisis
EOF de la clorofila satelital. ....................................................................................... 24
Figura 11.9. A) Densidad espectral de la varianza para los tres modos
temporales. B) Densidad espectral para las frecuencias menores (entre 0 y
0.07 semanas-1). ......................................................................................................... 25
Figura 11.10. Serie mensual de climatologías y anomalías (diferencia entre el
valor mensual y la climatología mensual) para la SST(ºC), PAR (mol quanta m2 d-1) y clorofila (mgChl m-3) en la zona de plataforma. ...................................... 28
Figura 11.11. Serie temporal para los promedios semanales de PAR (línea
azul, mol quanta m-2 d-1), SST (roja, ºC) y clorofila (verde, mgChl m-3) para la
zona de plataforma. Las barras grises en las gráficas superiores indican la
dirección del viento (valores positivos son ponientes y negativos son levantes) y
su velocidad (en km/h), mientras que las barras grises de las gráficas inferiores
indican la precipitación diaria (en décimas de mm) en la estación meteorológica
de Huelva. ..................................................................................................................... 29
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Figura 11.12. A) Zonificación distinguida por la influencia de los diferentes ríos.
Climatología de SST (B), clorofila (C) y promedios mensuales de SST (D) y
clorofila (E) para las diferentes zonas de estudio en la plataforma atlánticoandaluza. Gu: Zona del Guadiana (línea azul), T-O: zona de desembocadura
del Tinto-Odiel (línea roja), G: zona de desembocadura del Guadalquivir (línea
verde) y CS relativo a la plataforma continental (línea negra). ............................ 30
Figura 11.13. Distribución de la concentración de clorofila superficial (mg/l)
durante los muestreos mensuales ............................................................................ 31
Figura 11.14. (Continuación). Distribución de la concentración de clorofila
superficial (mg/l) durante los muestreos mensuales.............................................. 32
Figura 11.15. Distribución de la concentración de nitrato (μM) durante los
muestreos mensuales ................................................................................................. 33
Figura 11.16. (Continuación) Distribución de la concentración de nitrato (μM)
durante los muestreos mensuales ............................................................................ 34
Figura 11.17. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila
superior a 20 micras, silicato (μM), material particulado (mg l-1), fosfato (μM) y
porcentaje de material inorgánico en noviembre de 2002. ................................... 35
Figura 11.18. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila
superior a 20 micras, silicato (μM), material particulado (mg l-1), fosfato (μM) y
porcentaje de material inorgánico en enero de 2004. ........................................... 36
Figura 11.19.Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila
superior a 20 micras, silicato (μM), material particulado (mg l-1), fosfato (μM) y
porcentaje de material inorgánico en abril de 2003. .............................................. 37
Figura 11.20. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila
superior a 20 micras, silicato (μM), material particulado (mg l-1), fosfato (μM) y
porcentaje de material inorgánico en junio de 2004. ............................................. 38
Figura 11.21. Distribución espacial de la temperatura (ºC), salinidad,
concentración de clorofila mayor de 20 µm (µg l-1), nitrato (µM), fostato (µM),
silicato (µM), material particulado (mg l-1) y porcentaje de material inorgánico en
las aguas superficiales en las diferentes zonas desde marzo de 2003 hasta
septiembre de 2004..................................................................................................... 39
Figura 11.22. Resultados del análisis en componentes principales.................... 41
Figura 11.23. Variabilidad espacial y temporal de los valores de las cuatro
componentes. A) Promedios espaciales de las tres zonas analizadas con
influencia de los ríos. B-E) Promedio estacional para cada una de las zonas,
Guadalquivir (B), Guadiana (C); Tinto-Odiel (D) y plataforma continental (E). . 42
Figura 11.24. Relación entre el índice NAO y la precipitación anual acumulada
(mm/año) en el área del golfo de Cádiz para el periodo entre 1870 y 2007...... 43
Figura 11.25. Panel superior: Descargas diarias desde la presa de Alcalá del
Río. Panel intermedio. Serie temporal de turbidez de la boya 34. Panel inferior.
Diferentes imágenes RGB que muestran la pluma de turbidez........................... 44
Figura 11.26. Panel superior: Descargas diarias (barras azules) desde la presa
de Alcalá del Río y precipitación (líneas) en diferentes lugares del estuario.
Panel intermedio e inferior. Imágenes RGB (izq), clorofila superficial (centro, mg
m-3) y radiancia emergente del agua a 551 nm (derecha) para el día 15 y 26 de
noviembre, previos y posteriores a la descarga respectivamente....................... 44
Figura 11.27. Panel superior: Imagen RGB de MODIS para el 30 de diciembre
de 2009. La rosa de viento se corresponde con los datos de la boya de
Salmedina de las 24 horas anteriores a la adquisición de la imagen. Panel
7
intermedio: Descargas diarias desde la presa de Alcalá del Río. Panel inferior:
Serie temporal de turbidez en la broa. ..................................................................... 45
Figura 11.28. Imágenes RGB de MODIS para el 12 de febrero de 2010 y 12 de
abril de 2008 para TERRA y AQUA. La rosas de viento se corresponden con
los datos de viento (km/h) de las 24 horas anteriores a la adquisición de la
imagen. .......................................................................................................................... 45
Figura 11.29. Arriba: Producción primaria de la zona de plataforma calculada a
través del modelo de Behrenfeld y Falkowski, 1997. Abajo: Barras: Flujo de
CO2 entre la atmosfera y la plataforma. La línea roja indica la velocidad del
viento promedio............................................................................................................ 47
Figura 11.30. A y B) Imágenes térmicas para los días 23 y 30 de mayo de
2001. C y D) Distribución de huevos de boquerón para el muestreo de
Macroescala (C, viento de poniente) y Mesoscala (D, viento de levante).. ....... 49
Figura 11.31. Las barras verdes incidan los días de levante que ha soplado con
una intensidad superior a los 30 km/h durante el periodo de reproducción del
boquerón (marzo a octubre). Los círculos azules indican los desembarcos que
se han producido durante este periodo y los negros la captura por unidad de
esfuerzo (CPUE).......................................................................................................... 50
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Resumen
En este capítulo se presenta de forma general el ecosistema pelágico que se desarrolla en la
zona de plataforma adyacente al estuario del Guadalquivir, obtenida a partir de datos
recolectados en este proyecto así como investigaciones que el grupo viene realizando en los
últimos años en aguas del golfo de Cádiz. Además, se han utilizado herramientas de
teledetección para poder estudiar todo el espectro de fluctuaciones del ecosistema. Los
estudios han comprendido desde la descripción de los patrones de la producción primaria, su
impacto sobre el ciclo del carbono así como su relación con las pesquerías de especies
pelágicas en el golfo de Cádiz. Además, se ha estudiado la pluma de turbidez que se desarrolla
en la desembocadura del estuario y que llega a ocupar amplias zonas de la plataforma
continental.
Junto con la descripción de las diferentes eco-regiones extraídas a partir de las funciones
empíricas ortogonales, se ha establecido la clara conexión de los procesos estuaricos con el
ecosistema de la plataforma adyacente al estuario, exponiendo claramente que gran parte de
los procesos que ocurren en la plataforma (aguas cálidas en verano, gran concentración de
nutrientes, altas tasas de producción primaria, etc) todos ellos relacionados con el éxito
reproductor y de supervivencia de los recursos pesqueros, certificando que el estuario actúa
como arteria a través de la cuales circula hacia la plataforma un flujo económico, cultural y
ecológico.
Estructura del capítulo y sus contenidos
Los capítulos previos presentan los procesos oceanográficos que afectan a la plataforma
continental del golfo de Cádiz como zona de transición entre las aguas estuáricas del
Guadalquivir y la circulación presente en mar abierto. Este capítulo analiza las implicaciones
ecológicas de estos patrones físicos cuya naturaleza se analiza con mayor detalle en el entorno
de la desembocadura del río Guadalquivir. En este análisis se incluyen también las
repercusiones de esa interacción estuario-plataforma para diferentes componentes como, por
ejemplo, son el papel del estuario Guadalquivir en el secuestro de CO2 atmosférico o en el
control de los recursos pesqueros del golfo de Cádiz. Además, se presenta un análisis
preliminar de los patrones de la pluma de turbidez en la desembocadura y su progresión en la
zona de plataforma.
Este capítulo se inicia con una descripción general de las características de la plataforma así
como de los procesos oceanográficos implicados en ésta y su variabilidad espacio-temporal.
Seguidamente se describe como estos procesos fuerzan el ecosistema pelágico de la
plataforma mediante la incorporación de técnicas de teledetección para variables biológicas y la
aplicación de técnicas de análisis como las funciones empíricas ortogonales que permiten
construir un marco conceptual para el establecimiento de eco-regiones que están presentes en
los ecosistemas pelágicos del golfo de Cádiz. Por último, tanto mediante herramientas de
teledetección como con información in situ se realiza un análisis detallado del ecosistema
plataforma, incluyendo su control por procesos de interacción con el estuario del río
Guadalquivir y las consecuencias de esta interacción sobre su dinámica y sobre servicios
básicos que éstos prestan como el secuestro de CO2 y el sostenimiento de recursos
pesqueros.
9
10
11.1 Introducción
El golfo de Cádiz es la cuenca que conecta el océano Atlántico con el mar Mediterráneo. Su
frontera norte, este y sur es la Península Ibérica y el noroeste del continente africano mientras
que por el oeste ésta no está bien definida, aunque podemos establecer como límite el
meridiano de 9ºW a la altura del cabo San Vicente. La zona norte del golfo de Cádiz contiene
diferentes cabos entre los que destacan por su impacto sobre la oceanografía de la cuenca el
de Santa María y el de Trafalgar, entre ellos se encuentra una amplia plataforma continental
con importante influencia fluvial al estar conectada a la desembocadura de ríos como el
Guadalquivir, el Gua-diana y el Tinto-Odiel.
La productividad de los ecosistemas marinos está controlada principalmente por las
condiciones hidrológicas y bioqueoquímicas que se presentan en una cuenca determinada, y
en particular, en las zonas costeras situadas en la plataforma continental en las latitudes
medias, como son las del golfo de Cádiz, la variabilidad del ecosistema pelágico se rige
principalmente por las relaciones del ciclo estacional con una gran cantidad de procesos
hidrológicos como pueden ser los afloramientos, frentes, dinámica mareal, descarga de ríos,
etc (Mann and Lazier, 1996). Como consecuencia del forzamiento de estos procesos en un
gran rango de frecuencias, el análisis del ecosistema pelágico debe ser analizado en el marco
de estas fuentes de variación como elemento primario a resolver.
Este marco oceanográfico primario está definido en el golfo de Cádiz por las grandes
estructuras circulatorias y su conexión con la climatología en el Atlántico nororiental. Entre
estas grandes escalas de variación destacan las fluctuaciones estacionales del giro subtropical
del Nortaltántico. El tamaño y posición de este giro sigue los desplazamientos del anticiclón de
las Azores, que se extiende hacia el norte en verano y reduce su tamaño en invierno.
Siguiendo estas fluctuaciones, la corriente de las Azores fluye con dirección este hacia latitudes
más septentrionales del Golfo de Cádiz cuando el giro subtropical es grande mientras que
avanza hacia el sur cuando este giro se reduce en tamaño. Esta estacionalidad tiene su
influencia en la circulación en la zona este del giro, que coincide con las latitudes a la que se
encuentra la Península Ibérica. Como ejemplo, en los meses de invierno se establece una
corriente hacia los polos a lo largo de la costa portuguesa (Frouin et al., 1990 y Haynes y
Barton, 1990), la cual es reemplazada por una corriente hacia el ecuador durante la estación de
afloramientos entre Mayo y Octubre (Wooster et al., 1976, Fiúza et al., 1982, Haynes et al.,
1990 y Peliz and Fiúza, 1999).
Como es de esperar, la circulación en el golfo de Cádiz es sensible a estas variaciones de gran
escala. De hecho, Relvas y Barton (2002) sugieren que cuando se desarrolla el afloramiento en
los meses estivales en el cabo de San Vicente, éste se desplaza preferiblemente hacia el este
a lo largo de la plataforma y la zona de talud del norte de golfo de Cádiz, configurando de forma
general una circulación anticiclónica en la cuenca (Ochoa y Bray, 1991; Sánchez y Relvas,
2003; Criado-Aldeanueva et al., 2006). Sin embargo, en los meses invernales, esta circulación
en la zona central del golfo de Cádiz invierte su dirección, hacía el noroeste, afectando a la
circulación en la zona de plataforma.
Cuando el afloramiento decae, una contracorriente costera de aguas cálidas se dirige hacia el
oeste y eventualmente alcanza el cabo San Vicente (Fiúza, 1983) e incluso puede girar hacia al
norte una vez pasado éste. Esta contracorriente ha sido estudiada por Relvas y Barton (2002) y
parece tener su origen en un gradiente de presión a lo largo de la costa, que hace que se
establezca una corriente hacia el oeste en la costa sur del Algarve y una corriente hacia el polo
norte en la costa oeste portuguesa. En condiciones extremas, este agua cálida puede alcanzar
el cabo Sines, que está a unos 100 km al norte del cabo San Vicente. Relvas y Barton (2002)
observaron, a partir de imágenes de satélite, que la velocidad de la contracorriente en
septiembre de 1982 fue de 16 km/día, mientras que Sánchez y Relvas (2003) estimaron el
transporte de esta contracorriente en 1Sv. Al girar al norte en el cabo San Vicente se puede
doblar la velocidad (≈30 km/d). Esta contracorriente tiene evidencias geológicas de su
11
existencia, ya que las plumas de deposición de los sedimentos se dan hacia el oeste en la
desembocadura del Guadiana (Lobo et al., 2004) y en la desembocadura del Guadalquivir, se
observa una distribución de sedimentos hacia el noroeste
Figura 11.1. Esquema de circulación en el Golfo de Cádiz como se deduce del análisis de Criado-Aldeanueva et
al, (2009). Las líneas grises se corresponden con la circulación de primavera-verano propuesta por GarcíaLafuente et al. (2006). Las líneas negras indican la circulación del océano abierto al final del otoño e invierno
donde el flujo cambia de sentido anticiclónico a ciclónico en la cuenta este del Golfo de Cádiz.
11.1.1
Definiciones y escalas
La variabilidad espacio-temporal del ecosistema de plataforma viene definida por las diferentes
escalas espaciales y temporales de los numerosos procesos que afectan al medio pelágico.
Estos procesos son numerosos y suceden a distintas escalas, abarcando un gran espectro de
fluctuaciones. En función del objetivo del análisis y de la información disponible, en este
capítulo se aplican diferentes promedios en el espacio y en el tiempo de las variables de
estado.
Se define el promedio temporal de una variable instantánea ζ como
1
ζ (x , y, z ;T ) =
T
t +T
∫
ζ (x , y, z ; τ )d τ ,
t
siendo T el periodo de tiempo sobre el que se promedia. En este capítulo son relevantes los
siguientes promedios temporales a escala:
12
•
Turbulenta: escala en la que se promedian los valores instantáneos para separar el
valor medio y las fluctuaciones turbulentas (T= 1-3 s). En este estudio no se disponen de
datos con una frecuencia de muestreo tan alta.
•
Instrumental o de estado: escala de tiempo fijada por la resolución temporal
proporcionada por los instrumentos instalados que, en el contexto mareal, se adopta
como la duración del estado mareal o tiempo en el que se admite que la dinámica
mareal es estacionaria.
•
Mareal: asociada a la variación semidiurna de la marea astronómica, M2, S2, N2, con
TM 2 = 12.45 h .
•
Sobremareal: movimientos a frecuencias múltiplos de la mareal semidiurna generadas
por la interacción no lineal entre constituyentes semidiurnas entre sí. A frecuencia doble
de la M2 se tiene la M4, TM 4 = TM 2 / 2 = 6.22 h , y con otras de periodo cercano
MN4, MS4.
•
Submareal: movimientos de baja frecuencia por interacción no lineal de las
constituyentes mareales entre sí; Msf, Mm, con periodos significativos de
TMsf = 14.22 días y TMm = 28.44 días .
•
Escalas meteorológicas: típicamente unos pocos días, asociadas a descargas
fluviales, al paso de las borrascas extratropicales y al régimen de brisas locales y
remotas.
•
Estacional: con periodos de varios meses relacionados con la duración de las
estaciones en el estuario del Guadalquivir y su entorno.
•
Anual: con periodos de TAnual = 365 días
En cuanto a las espaciales, se definen tanto en el eje vertical como en la horizontal. Con
respecto a la vertical:
•
Capa fótica: parte de la columna de agua donde existe radicación suficiente para el
crecimiento positivo del fitoplancton. Normalmente, se establece la capa fótica donde se
alcanza al menos el 1% de la radiación superficial, y puede variar desde pocos metros
hasta más de 150 metros en zonas muy oligotróficas en los giros subtropicales.
•
Capa de mezcla: parte superior de la columna de agua en donde hay activa turbulencia
homogeneizando algunos rangos de profundidades. La capa de mezcla superficial es
una capa donde esta turbulencia es generada por vientos, enfriamiento, o procesos
como la evaporación. El rango es de pocos metros en épocas estratificadas a
centenares de metros en temporales fuertes de invierno.
•
Picnoclina: es una capa de agua en la que se evidencia un cambio súbito en su
densidad vinculado con la profundidad. En los ecosistemas de agua dulce, tales como
los lagos, este cambio en la densidad es causado básicamente por modificaciones en la
temperatura, mientras que en los ecosistemas marinos, como los océanos, el cambio
puede ser causado tanto por cambios en la temperatura como por cambios en la
salinidad del agua.
•
Termoclina: es una capa de agua en la que se evidencia un cambio súbito en su
temperatura vinculado con la profundidad.
•
Nutriclina: es una capa de agua en la que se evidencia un cambio súbito en la
concentración de nutrientes vinculado con la profundidad.
•
Profundidad crítica: es la profundidad donde la producción primaria integrada se iguala
a la respiración
•
Máximo Profundo de Clorofila (DCM): es la profundidad donde aparece el máximo de
clorofila, que normalmente suele coincidir con la picnoclina, termoclina, nutriclina, etc.
Con respecto a la horizontal:
13
•
Microescala: se corresponden con procesos cuya variabilidad espacial abarca escalas
de menos de 10 km, como por ejemplo son los procesos de desembocadura
•
Mesoescala: se corresponden con procesos cuya variabilidad espacial abarca escalas
decenas de km, como por ejemplo, frentes, remolinos, plumas de turbidez, afloramientos
costeros
•
Macroescala: se corresponden con procesos cuya variabilidad espacial abarca escalas
desde centenas a miles de km, como por ejemplo la circulación anticiclónica en el golfo
de Cádiz, zonas de pesquerías, bloom del atlántico, etc.
Figura 11.2. Ilustración de los rangos de variabilidad espacial y temporal de tres eslabones tróficos de mayor
importancia en el sistema pelágico. Además se muestra la escala espacial-temporal que abarcan los diferentes
sistemas de muestreo como son las campañas oceanográficas y los satélites, usados en este estudio.
11.2 Interacción de procesos meteorológicos y dinámicos
La interacción de los procesos meteorológicos con la dinámica marina en la zona de plataforma
es fuertemente dependiente del régimen meteorológico en la región y en concreto de su
régimen de vientos (Stevenson , 1977; Fiuza et al, 1982; Fiuza, 1983; Folkard et al, 1997;
Vargas et al, 2003). Ésta variabilidad influye de forma destacada en diversos procesos
oceanográficos con impacto biológico, entre los que destaca la presencia de afloramientos
puntuales en el espacio y tiempo en la plataforma continental del golfo de Cádiz. Estos
afloramientos son especialmente intensos en las costas occidentales de Portugal. La
frecuencia de afloramiento en la costa sur portuguesa es del 50% respecto a los que aparecen
en la costa oeste. El afloramiento en la costa oeste se concentra en los meses de verano,
mientras en la costa sur los eventos de afloramiento costeros se distribuyen más a lo largo del
año y están más limitados al cabo de San Vicente, siendo más esporádicos los que ocurren al
este del cabo Santa María. Está dinámica esta además sujeta a modificaciones locales del
viento como función de la orografía en la zona. Esta permite, por ejemplo, que un viento norte
en Lisboa role a poniente en la zona de Faro (Folkard et al., 1997). La costa sur de Portugal
está afectada directamente por afloramiento cuando la dirección del viento favorece un bombeo
de Ekman hacia fuera de la costa. Por la orientación de esta costa son los vientos de poniente
los que generan estas condiciones favorables al afloramiento. Cuando ocurren, los
aflorameintos en esta zona de la península Ibérica generan la aparición de aguas frías de
naturaleza central noratlántica (ACNA) en la superficie (Folkard et al., 1997). Cuando son de
14
fuerte intensidad pueden llegar a girar en torno al cabo San Vicente y desplazarse hacia el este
hasta alcanzar el cabo Santa María.
Estas transformaciones locales del viento en el conjunto del golfo de Cádiz han sido analizadas
con más detalle para la zona de plataforma continental en la que desemboca el río
Guadalquivir mediante el análisis del régimen de vientos durante 20 años (1985-2004) en las
dos estaciones meteorológicas que la AEMET tiene en la zona (Huelva y Cádiz). Este análisis
(Figura 11.3) nos indica un marcado carácter zonal en la estación de Cádiz, el cual decrece
cuando nos desplazamos hacia el oeste (estación de Huelva), donde la densidad de
probabilidad de ponientes y levantes intensos es menor y presenta una cierta tendencia a la
circularidad. El espectro de potencia de la distribución de varianza del viento observado en
Cádiz y Huelva también presenta diferencias entre ambas estaciones. En Huelva, la varianza
se acumula en frecuencias anuales, correspondientes a fenómenos estacionales, mientras que
frecuencias mayores relacionadas con periodos semanales o mensuales son menores. Por el
contrario, el ciclo estacional en la estación de Cádiz es menor comparado con el de Huelva y la
varianza acumulada en las frecuencias sinópticas (semanal - mensual) incrementa, denotando
la influencia del Estrecho de Gibraltar en el patrón meteorológico de la zona.
Figura 11.3. Izda. Densidad de probabilidad del viento en las estaciones meteorológicas de Cádiz y Huelva.
Valores positivos del eje x (oeste) y del eje y (norte). Dcha: Espectro de potencia de la varianza del viento en
las estaciones de Cádiz y Huelva.
La intensidad del campo de viento asociado a borrascas que atraviesan el Golfo de Cádiz es
magnificada en la proximidades del Estrecho, dejando su impronta comparable a la varianza
estacional acumulada (Figura 11.3). Este patrón tiene importantes consecuencias en el
régimen de corrientes y por lo tanto en la productividad de la zona. El registro histórico de
corrientes que mantiene el ICMAN en la plataforma, frente a las playas de Matalascañas en el
veril de 16 metros, así lo indica (Figura 11.4). Este registro muestra como las componentes
paralelas a la costa predominan sobre las perpendiculares y cómo las primeras están
conectadas a la variabilidad sinóptica mientras que las segundas al forzamiento mareal. Las
direcciones de la componente sinóptica de las corrientes en la plataforma están a su vez
fuertemente determinadas por la dirección del viento forzante, coincidiendo los vientos de
levante con corrientes hacia el noroeste y vientos de poniente con corrientes hacia el sudeste,
que a su vez favorecen el transporte neto de Ekman de agua superficial hacia mar abierto (Ruiz
et al, 2006).
15
Figura 11.4. Componente de la velocidad de corriente paralela y perpendicular a la costa obtenidas por el
correntímetro fondeado en la zona de plataforma en el periodo comprendido desde enero de 2002 hasta agosto
de 2004. La línea azul representa la serie original de ambas componentes, mientras que la línea verde es la
serie filtrada: A y B en frecuencias menores a la componente semidiurna, es decir, se representa la corriente
-1
con frecuencias comprendidas hasta 12 horas ; mientras que en C y D, la línea verde representa la corriente a
frecuencias mayores de 1 mes y menores de 1 semana, que se corresponde con la componente sinóptica o
meteorológica.
Además del efecto del viento sobre las corrientes presentes en la plataforma, estos factores
meteorológicos también dejan su impronta en las imágenes de temperatura superficial del mar
como se ilustra a modo de ejemplo en la Figura 11.5. En ella se observa cómo entre el 2 y el 4
de julio de 2005, con viento persistente de poniente, se produce un enfriamiento progresivo de
las aguas superficiales. En contraste, durante los días 9 y 11 de Junio de 2003, estuvo
soplando un viento fuerte de levante y la totalidad de la plataforma estuvo ocupada por aguas
más cálidas.
16
Figura 11.5. Imágenes de SST para diferentes días durante viento en Cádiz: levante (9, 10 y 11 de junio) y
poniente (2, 3 y 4 de julio) del 2003.
El régimen zonal de vientos y la climatología del golfo de Cádiz no sólo afectan a las capas
más superficiales de la plataforma, este forzamiento se transfiere a toda la columna de agua.
La evolución estacional de los diagramas TS para las masas de agua que ocupan el conjunto
de la cuenca así lo muestra con claridad (Figura 11.6). En el golfo de Cádiz se han descrito
varias masas de agua, entre ellas se encuentra el Agua Central Noratlántica (NACW, Gaspard
and Richez, 1985) que ocupa entre los 100 y 700 metros de profundidad y cuyas
características termohalinas se presentan en la Figura 11.6. Por encima de los 100 metros, en
los meses estivales y debido a la influencia de los factores meteorológicos, aparece el Agua
Superficial Atlántica (SAW) que puede aparecer junto con las aguas de plataforma durante el
verano (Criado-Aldeanueva et al, 2007). La interfase entre la NACW y la SAW es un trazador
de nutrientes y por lo tanto actúa como localizador de los máximos subsuperficiales de
fluorescencia en el golfo de Cádiz (Navarro et al., 2006).
17
Figura 11.5. Diagramas TS mensuales en la zona de plataforma del Golfo de Cádiz desde Abril de 2003 (A) hasta
marzo de 2004 (L). La escala de colores indica la intensidad de fluorescencia de la clorofila (u.r.). La líneas
marcan las diferentes isopicnas, incluyendo la más gruesa que es indicativa del NACW.
Durante los meses lluviosos, cuando la descarga de los ríos incremente en la zona de
plataforma, aparecen picos de aguas menos salinas relacionados con aumentos en la
fluorescencia de la clorofila. Este fenómeno es especialmente intenso en el caso del
Guadalquivir cuya dinámica de descargas afecta fuertemente a la hidrología y biología de la
plataforma. El análisis de las masas de agua que se presenta en la Figura 11.6 muestra como
durante el periodo de mezcla, entre Noviembre y Abril, no se detecta estratificación en la
columna de agua, coincidiendo con el aumento de los meses más lluviosos y aumento de las
descargas desde la presa de Alcalá del Río. Este patrón se traduce en un cambio en la
salinidad de los diagramas TS manteniendo la misma temperatura, claramente indicativo de su
origen estuárico. El hecho de que aguas menos salinas tengan una señal de fluorescencia
mayor es indicativo de la producción primaria que se genera en la plataforma continental de la
18
Andalucía atlántica en conexión con los procesos de intercambios que se producen en el
estuario del Guadalquivir.
Figura 11.7. Precipitación en Cádiz y Huelva y volumen de descarga desde la presa de Alcalá del Río desde
enero de 2002 hasta noviembre de 2004.
Por lo tanto, es muy clara la conexión de los procesos estuaricos con las características
termohalinas de las aguas de plataforma, ya que los descensos bruscos de salinidad
detectados a decenas de kilómetros de la desembocadura provienen de los aportes de agua
dulce desde el estuario, y como se observa en los diagramas TS, la fluorescencia en este tipo
de agua es mayor, apuntando, como veremos posteriormente, que estas aguas están
asociadas a altos valores de nutrientes que hacen que la producción primaria aumente de
forma considerable. Consecuentemente, no solo es el viento y los factores meteorológicos los
forzantes de las diferentes masas de agua en la plataforma, si no también hay que tener en
cuenta la pluviosidad y las entradas de agua dulce desde el estuario.
11.3 Regiones ecológicas en el golfo
herramientas, componentes y función.
de
Cádiz:
Como se ha descrito en los apartados anteriores, en la zona de plataforma concurren
numerosos procesos oceanográficos que afectan a la variabilidad espacial y temporal del
ecosistema pelágico en la plataforma del golfo de Cádiz. Para analizar de forma conjunta los
procesos temporales implicados así como el componente espacial de su variabilidad, se ha
realizado un análisis en funciones empíricas ortogonales a los datos de clorofila superficial
estimada mediante sensores de color oceánico.
11.3.1
Procesamiento de imágenes de color oceánico
Las imágenes de clorofila que se presentan en este informe proceden del sensor SeaWiFS,
que es un espectrorradiómetro montado en el satélite OrbView-2 puesto en órbita en
septiembre de 1997. Este instrumento cuenta con 8 bandas espectrales. Las bandas de la 1 a
la 6 están localizadas en la región visible del espectro electromagnético (400 - 700 nm) y se
sitúan en zonas características de absorción y/o reflexión de los pigmentos fotosintéticos del
fitoplancton. Las bandas 7 y 8 se localizan en la región del infrarrojo cercano (745 - 885 nm) y
son de utilidad para realizar una adecuada corrección atmosférica. La resolución espacial del
sensor SeaWiFS es de 1.1 km en el nadir. Las imágenes SeaWiFs han sido proporcionadas
por el GSFC (Goddard Spa-ce Flight Center, NASA) en cintas magnéticas de 4 mm y se
corresponden con la versión 4 (re-procesamiento nº 3). Las imágenes de partida corresponden
al nivel L1A (datos brutos) y su posterior proceso se realiza por medio del programa SeaDAS
versión 4 (SeaWiFS Data Analysis System). Este software se utiliza para procesar, obtener y
19
analizar todos los datos procedentes del sensor SeaWiFS. Dicho programa puede ser obtenido
gratuitamente de la página Web de SeaDAS (http://seadas.gsfc.nasa.gov).
En el primer paso del proceso se extrae la zona del golfo de Cádiz (rutina “subscene”) de la
imagen total que capta el sensor. El siguiente paso aplica la corrección geométrica, que
consiste en ajustar la línea de costa teórica a la real. Para dicha corrección se utiliza la rutina
register. El tercer paso del procesamiento es convertir los datos brutos (nivel L1A) en datos
geofísicos (nivel L2) mediante la rutina msl2 (multi-sensor Level-2 procesing program). En dicha
rutina se introducen las correcciones atmosféricas, las debidas al ozono y los parámetros de
calibración del sensor. Existen 176 productos de salida del nivel L2. El principal producto de
salida es la concentración de clorofila (mgChl m-3). Para el cálculo de la misma, la rutina msl2
se basa en el algoritmo OC4 versión 4 (O´Reilly et al., 2000) que convierte las radiancias en
clorofila. En la rutina msl2, se incluyen los datos meteorológicos (modelados por el National
Center for Environmental Prediction, NCEP) y de ozono provenientes de otros sensores para
realizar las diferentes correcciones atmosféricas. El algoritmo de corrección atmosférica de
SeaWiFS (Gordon y Wang, 1994; Wang, 2000) usa las bandas cercanas al infrarrojo (765 y
865 nm) para caracterizar las propiedades ópticas de los aerosoles y estimar la contribución de
los mismos a la radiancia total en el espectro visible para corregir las radiancias que le llegan al
satélite.
El algoritmo OC4v4, utiliza el procedimiento teórico propuesto por Morel (1980), el cual
considera que la reflectancia (Rrs, Remote Sensing Reflectance), es la razón de la radiancia
ascendente emergente que proviene justo por debajo de la superficie (Lw) entre la irradiancia
descendente (que es la integración de todas las radiancias descendentes en un punto) por
debajo de la superficie (Ed), con la relación (Rrs=Lu/Ed).
Algoritmo OC4:
a = [0.366, − 3.067, 1.930, 0.649, − 1.532]
443
490
520
R = LOG10 ( Rrs555
> Rrs555
> Rrs555
)
Chl a ( μg ) =10 ^ (a (0) + a (1) * R + a (2) * R 2 + a (3) * R 3 + a (4) * R 4 )
l
El color del océano para aguas de tipo 1 varía desde muy azul para zonas oligotróficas, hasta
muy verde para aguas muy eutróficas. Este espectro de variación resulta de la fuerte absorción
de los pigmentos en la banda del azul (máximo a 445) comparada con la débil absorción en la
banda verde-amarilla (550-580). Normalmente, los algoritmos para calcular la clorofila
utilizaban la proporción entre las bandas de 490 y 555 nm (por ejemplo, el OC2, O´Reilly et al.,
1998). El hecho de que se utilice la banda centrada en 490 nm y no centrada sobre 443 nm,
que está más cerca del pico de absorción de la clorofila, es debido a que la banda 443 nm esta
también muy influida por la absorción de la CDOM, la cual decrece exponencialmente con el
incremento de la longitud de onda (Bricaud et al., 1981).
El algoritmo OC4v4 (O´Reilly et al., 2000) que hemos utilizado para el cálculo de la clorofila se
diferencia de los anteriores porque utiliza el valor máximo de estas tres proporciones
(Rrs443/Rrs555, Rrs490/Rrs555 o Rrs510/Rrs555) para el cálculo de la clorofila. Este método
se conoce como Maximum Band Ratio, (MBR) y mejora los anteriores ya que así, se maximiza
la señal del sensor, es decir, el cociente entre la reflectancia y el ruido (SNR, Signal Noise
Ratio, O´Reilly et al., 1998). Para aguas oligotróficas (< 0.3 mgChl m-3), la mejor correlación
con los datos in situ se corresponde con el cociente entre las bandas Rrs443/Rrs555. Para
aguas mesotróficas, se utiliza el mismo cociente que se estaba utilizando (Rrs490/Rrs555) en
el algoritmo OC2, mientras que para aguas con elevada concentración de clorofila, la fuerte
absorción en la región de azul del espectro por parte del fitoplancton determina que la SNR
para las radiancias en el 412 y 443 sea menor que para la banda de 510 nm, por lo tanto, el
mejor ratio para estimar la clorofila viene dado por la relación Rrs510/Rrs555 (O´Reilly et al.,
1998). Esta banda (510 nm) es mucho más precisa que las anteriores y además presenta
menos problemas en la corrección atmosférica (Wang, 2000). Este método consistente en
utilizar el valor máximo de la proporción entre distintas bandas, puede ser usado para definir
operacionalmente el tipo de agua dependiendo de su estado trófico: oligotrófico (<0.3 mgChl m-
20
3), mesotrófico (0.3 - 1.5 mgChl m-3) y eutrófico (> 1.5 mgChl m-3), dependiendo de la banda
que domina 443, 490 y 510 nm sobre la de 555 respectivamente.
El cuarto paso en el procesado de las imágenes es la proyección en escala Mercator de los datos geofísicos (clorofila, PAR, k490, etc). Para ello se utiliza la rutina projection, considerando
111 píxeles de resolución por cada grado en longitud/latitud. Por último, se realiza una
extracción de los datos en formato ASCII para su posterior tratamiento con otros programas
para diversos fines (composición temporal de imágenes, cálculos estadísticos, etc). Dicha
extracción se realiza mediante la rutina output y se obtienen tanto los parámetros geofísicos
elegidos como la longitud y latitud de cada píxel.
11.3.2
Procesamiento de imágenes de color oceánico
El análisis de Funciones Empíricas Ortogonales (EOF) se basa en los trabajos de Pearson
(1902) y Hotelling (1935) y ha sido introducido en el análisis de datos meteorológicos por
Lorenz (1956). La descomposición EOF es un método estadístico que nos proporciona una
descripción compacta de la variabilidad temporal y espacial de una serie de datos en términos
de funciones ortogonales comúnmente llamados modos empíricos (Emery y Thomson, 1998).
Normalmente, la mayor parte de la varianza de una serie distribuida espacialmente, es la
explicada por las primeras funciones ortogonales cuyos patrones no tienen por qué estar
conectados con mecanismos de forzamiento físico (Emery y Thomson, 1998; Yoder et al.,
2002).
Los modos espaciales nos dan información de las estructuras espaciales, mientras que las
funciones de amplitud describen su dinamismo. El estado completo del sistema (por ejemplo, la
secuencia original de las imágenes de satélite) puede ser aproximado, por una simple
combinación lineal del producto del modo espacial por la amplitud en aquellos modos más
relevantes (Preisendorfer, 1988).
Existen diversos métodos descritos en la bibliografía para realizar un análisis en funciones
emp-ricas ortogonales. El método utilizado en este capítulo es conocido como SVD
(Descomposición en Valores Singulares, de sus siglas en inglés) para calcular los autovalores,
autovectores y las amplitudes de variación del modo temporal. La ventaja que presenta este
método frente a otros (Kelly, 1998), estriba en la facilidad de construir la matriz de covarianza.
El método de SVD se basa en el concepto de álgebra lineal (Press et al., 1992) que cualquier
matriz D(MxN), cuyo número de filas M es mayor o igual que el número de columnas N, puede
ser escrito como un producto de tres matrices: una matriz columna-ortogonal U(MxN); una
matriz diagonal S(NxN), con elementos positivos o ceros; y una matriz transpuesta (VT)
ortogonal de NxN. En notación matricial, el SVD sería:
⎛ s1
⎜
⎜
D =U ⎜
⎜
⎜
⎝
s2
⎞
⎟
⎟ T
⎟V
...
⎟
s N ⎟⎠
En nuestro caso, la matriz D consiste en M filas (píxeles espaciales de cada imagen de
clorofila) y N columnas (cada imagen semanal). Los valores escalares s1≥ s2≥ … ≥ sN≥0 de la
matriz S, son llamados valores singulares de D, y aparecen en orden descendente de magnitud
en las primeras N posiciones de la matriz. La columna de la matriz V son los vectores
singulares del subespacio izquierda de D, y las columnas de la matriz U son los vectores
singulares del subespacio derecha de D. La matriz S tiene una diagonal superior S’, y una parte
baja de todo ceros cuando M es mayor que N.
21
El método de SVD requiere que la matriz D sea completa, es decir, que no haya posiciones
vacías (NaN, por ejemplo, nubes, tierra, píxeles enmascarados, etc). Para ello, primeramente,
eliminamos aquellas imágenes semanales que presentan menos de un 90% de píxeles válidos
(siguiendo el criterio utilizado por Vargas et al., 2003). Por último, en aquellas imágenes en las
que todavía existen datos no validos, estos se sustituyen por el promedio de los píxeles más
cercanos (matriz 3x3).
Una vez realizadas estas operaciones, se obtiene una matriz de 48660 filas por 196 columnas,
donde 48660 se corresponden con los píxeles validos por imagen, y 196 índica el número de
promedios semanales utilizados en el análisis. Es necesario recordar que partíamos de un total
de 260 imágenes semanales (5 años).
Anteriormente al análisis, se resta de cada imagen semanal el promedio temporal por píxel.
Además, también normalizamos dividiendo cada píxel por la desviación estándar de la serie
(Da-vis, 1973). Este método se conoce como “EOF temporales” (Lagerloef y Bernstein, 1988) y
algunos autores sugieren que este método es más apropiado cuando se analizan estructuras
asociadas con la variabilidad temporal de un área (Parada y Cantón, 1998; Baldacci et al.,
2001). Sin embargo, si restamos el promedio espacial a cada píxel, el método se conoce como
“EOF espaciales” y esta descomposición se suele utilizar para estudiar estructuras con un
fuerte gradiente espacial, como pueden ser los frentes, etc.
Se puede estimar el error producido al realizar un EOF debido al número finito de imágenes
utilizado en el método. Según North et al., (1982), la “distancia del error”, δλ, está dada por:
1/ 2
⎛2⎞
δλ = λ ⎜ ⎟
⎝n⎠
donde λ es el autovalor y n es el número de imágenes usado en el análisis EOF. En este
estudio, n es 196, así que, δλ ≈ 0.01010. Un modo es considerado significativo sólo si la
distancia entre λ y el autovalor más cercano es mayor que el error asociado a la diferencia del
autovalor (δλ).
11.3.3
Procesamiento de imágenes de color oceánico
Los resultados del análisis de las EOF realizado sobre las imágenes semanales de clorofila se
presentan en las figuras 10.8, 10.9 y 10.10. Los coeficientes del modo espacial (Figura 11.9)
muestran la extensión espacial e importancia dinámica de los procesos en el área de estudio.
Cuanto más intenso es el fenómeno, mayor es la amplitud del coeficiente. La amplitud temporal
del modo (Figura 11.10) indica cuando un fenómeno es importante. La combinación de la
variabilidad espacial y temporal se obtiene multiplicando el coeficiente espacial por el temporal.
Los primeros seis modos explican más del 47% de la variabilidad de la clorofila (Figura 11.8).
Siguiendo North et al., (1982), sólo los dos primeros modos son estadísticamente significativos
22
Porcentage de varianza explicada (%)
25
20
15
10
5
0
2
4
6
8
n, numero de nodo
10
12
Figura 11.8. Porcentaje de varianza explicado por cada modo
El primer modo explica alrededor del 20% de la varianza y parece estar relacionado con la
estacionalidad (Figura 11.10). La mayoría de los coeficientes espaciales son positivos, con lo
que según sea el valor del coeficiente temporal, el valor final de la clorofila será mayor o menor
que la climatología en el conjunto de la cuenca. Los valores positivos nos muestran en que
fechas se producen máximos de clorofila con respecto a la media, mientras que los valores
negativos nos indicarán cuando se producen concentraciones de clorofila por debajo de la
media temporal. Si observamos la Figura 11.10, el coeficiente temporal de este primer modo
presenta máximos positivos en primavera y otoño, así como valores negativos en verano e
invierno. De acuerdo con los promedios mensuales para la zona, parece que este primer modo
está relacionado con la evolución estacional que afecta a toda la cuenca. Al igual que para el
promedio mensual, el máximo valor del coeficiente temporal se alcanza en primavera del 2001
(≈ 4 para el mes de marzo de 2001).
Figura 11.6. Valor del modo espacial para los seis primeros modos.
23
Figura 11.7. Coeficientes temporales para los tres primeros modos.
El segundo modo explica el 9.8% de la variabilidad y distingue distintas zonas (Figura 11.11).
La primera zona (Océano abierto), se encuentra situada en océano abierto y los valores del
coeficiente espacial son cercanos a cero, lo que nos indica una estabilidad de la clorofila
superficial con respecto al resto de la cuenca. La segunda zona se corresponde con el área
influenciada por el cabo San Vicente. Los coeficientes espaciales son negativos (alrededor de 0.5), lo que indica la existencia de bloom de fitoplancton cuando los coeficientes temporales
son también negativos. Valores negativos en el coeficiente espacial también se encuentran en
la tercera zona que hemos definido (Frente de Huelva). Ésta se encuentra al este del cabo
Santa María y parece corresponderse con el sistema formado por aguas que afloran hacia el
sudeste del cabo Santa María (Stevenson, 1977; García et al., 2002) y conocido como frente
de Huelva (Stevenson, 1977). Además en la zona del cabo Trafalgar también se observan
valores negativos, donde es conocida la existencia de aguas superficiales frías (Vargas-Yánez
et al., 2002) y ricas en clorofila (Prieto et al., 1999; García et al., 2002). La última zona extraída
ocupa una franja costera entre Huelva y Cádiz que posee valores positivos del modo espacial,
que indica una respuesta desfasada con las restantes zonas
Figura 11.8. Zonas extraídas a partir del segundo modo espacial del análisis EOF de la clorofila satelital.
Al realizar un análisis espectral a la serie temporal de los tres primeros modos temporales
(Figura 11.12), se observa como la señal anual domina claramente en la serie temporal, y la
fluctuación semestral (0.04 semanas-1) parece constituir la mayor señal en variaciones
24
intranuales. Peliz y Fiúza (1999), en su estudio con imágenes procedentes del sensor CZCS
encontraron también que la señal anual domina frente al resto de señales, y la del periodo de
seis meses era la señal dominante en el periodo intranual.
Modo1
Modo2
Modo3
B
10
A
10
8
6
4
2
8
Densidad
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
6
4
2
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
-1
Frecuencia (Semanas )
Figura 11.9. A) Densidad espectral de la varianza para los tres modos temporales. B) Densidad espectral para
las frecuencias menores (entre 0 y 0.07 semanas-1).
Del segundo modo espacial hemos podido establecer diferentes eco-regiones cuya dinámica
del ecosistema está relacionada con los procesos forzantes. La Figura 11.11 representa la
localización de estas áreas en el golfo de Cádiz.
La zona de mar abierto está formada por aguas oceánicas con concentraciones de clorofila
muy bajas y con un ciclo estacional representado por dos regímenes, uno de máximos de
clorofila a finales del invierno y otro de mínimos en los meses veraniegos, indicativo de que el
factor que controla el ciclo estacional del fitoplancton es la concentración de nutrientes, máxima
en periodo invernal donde la mezcla estacional es máxima (Figura 11.13).
La zona del cabo San Vicente (Figura 11.11) incluye tanto la costa oeste de Portugal como la
zona sur que habitualmente está ocupada por el giro anticiclónico, que se ha descrito en la
Figura 11.1. Los diferentes estudios realizados muestran que normalmente en estas aguas
aparecen núcleos de aguas frías (Vargas et al, 2003) con altos valores de clorofila (Navarro y
Ruiz, 2006) en los meses estivales (Figura 11.13). La explicación de este patrón hay que
buscarla en la aparición del afloramiento provocado por el viento del norte que sopla en los
meses de verano como consecuencia del fortalecimiento del anticiclón de las Azores. Estos
vientos arrastran el agua superficial de la costa oeste portuguesa hacia mar abierto y provocan
la entrada de aguas más frías y ricas en nutrientes en superficie, en un momento del ciclo
estacional en la que radiación solar es máxima, tal como ocurre en los meses de verano. La
conjunción de luz elevada y abundancia de nutrientes permite al fitoplancton realizar la
fotosíntesis con gran intensidad.
25
Figura 11.13. Climatología de temperatura y clorofila superficial para las diferentes zonas estudiadas en el
golfo de Cádiz.
La zona conocida como Frente de Huelva comienza en el cabo Santa María (Figura 11.11) y
discurre hacia el sureste siguiendo el talud continental y coincide espacialmente con la
estructura oceanográfica descrita por primera vez por Stevenson en 1977. En esta zona
aparecen dos máximos de clorofila, a finales del invierno y en otoño, con valores promedio
superiores a los encontrados en la zona de mar abierto. El origen de esta estructura hay que
buscarlo en los cambios bruscos de batimetría que se producen en el talud continental, que a la
postre genera inestabilidades en el mar provocando mezcla en las aguas superficiales y por lo
tanto la fertilización de las mismas.
La zona del cabo Trafalgar (Fig. 10.11) está muy condicionada por la cercanía al estrecho de
Gibraltar, donde las corrientes son de gran intensidad. Además, en esta zona existen cambios
bruscos en la batimetría que junto con la gran intensidad de la corriente favorecen la
turbulencia y la mezcla vertical fertilizando las aguas superficiales con nutrientes. Esta mezcla,
en la que también influye la marea, es máxima en la mareas equinociales de primavera y
otoño, de ahí que estos periodos presenten los máximos de clorofila anuales (Figura 11.13).
11.3.4
La eco-región Franja Costera: Plataforma frente a
la desembocadura.
La zona denominada como franja costera se encuentra situada en la plataforma continental
centrada en la desembocadura del estuario del Guadalquivir y por lo tanto es la zona de
plataforma en la que los procesos oceanográficos que concurren en ella están estrechamente
ligados a la dinámica física y del ecosistema del estuario.
Las climatología mensual para SST y PAR (Figura 11.14) sigue presentando la misma forma
que para la zona anterior, pero en este caso la temperatura máxima se alcanza en el mes de
agosto (> 23 ºC), siendo ésta la máxima de las temperaturas promedios para todas las zonas.
26
Con respecto al mínimo de temperatura, alcanzado en el mes de enero, éste también es menor
que en las demás zonas, indicando el rango tan amplio de temperaturas que se dan en esta
zona tan costera. Las anomalías se suelen situar en ±1ºC, siendo este rango menor que en las
zonas anteriores, indicando una menor variabilidad interanual.
En esta zona es donde se alcanzan las concentraciones más altas de clorofila de todas las
zonas. Se observa que la climatología mensual de clorofila presenta un patrón bimodal como
las zonas de Cabo San Vicente y Santa María, aunque éste se ve modificado tanto en los
meses en los que ocurren los máximos de primavera, de mayor intensidad, y el de otoño, que
coincide con la desaparición de la estratificación térmica en octubre (Prieto et al, 2009). El
primero de ellos, se alcanza en el mes de abril (≈ 4.3 mgChl m-3), mientras que el segundo
bloom se produce entre los meses de octubre y noviembre (≈ 3.9 mgChl m-3). El mínimo anual
se alcanza en el mes de agosto, con una concentración cercana a 2.7 mgChl m-3.
Las anomalías representan un porcentaje alto del valor medio de clorofila (≈ 30%), lo que indica
una variabilidad interanual bastante elevada, apareciendo al año entre dos y tres máximos.
Para el año 1998, los tres máximos ocurren entre enero y abril, otro en los meses de junio-julio
mientras que el tercero se desarrolla entre septiembre-octubre. Para el año 1999, este patrón
cambia, y los máximos son en mayo y noviembre, siendo este segundo de mayor intensidad.
En el 2000, al igual que en zonas anteriores, hay un máximo en abril y un mínimo en
septiembre, a partir del cual la concentración empieza a aumentar hasta marzo del 2001,
donde se alcanza el máximo mensual para la zona. Durante este año, ocurre otro pico de
clorofila para el mes de octubre, de igual intensidad que el de abril del 2002, donde decrece la
concentración hasta el mínimo de toda la serie, que ocurre en agosto. A partir de este mes, la
concentración aumenta.
Si nos centramos en los promedios semanales (Figura 11.15), se observa un fuerte
acoplamiento entre aumentos de clorofila semanal y los ponientes en la época de
estratificación, que se establece entre los meses de abril y noviembre (Sánchez-Lamadrid et
al., 2003). También se observa que con vientos de poniente hay un enfriamiento de la
temperatura superficial, mientras que los vientos de levante favorecen el aumento de la
temperatura. Los ponientes determinan la longitud y persistencia del afloramiento costero.
Existen numerosos ejemplos en todos los años que confirman dicho proceso. Por ejemplo, para
el 1998, a finales de marzo, a mitad de abril, a finales de mayo, mitad de junio, principios de
septiembre y octubre. Para el 1999, en marzo, finales de abril, principios de mayo y junio,
finales de junio, mitad de agosto, septiembre y octubre. En el 2000, se observan en mitad de
marzo, finales de junio, mitad de julio, agosto, septiembre y octubre. Para el 2001, a finales de
abril, principios y mitad de julio y principios de octubre. Por último, en el 2002, ocurre a mitad
de mayo, principios de junio, julio y septiembre y mitad de octubre
27
21
0
19
-1
17
1998
1999
2000
2001
2002
-2
6
15
60
Climatologia SST
1
Climatologia PAR
23
3
50
0
40
-3
30
-6
20
1.5
4.5
1
4.2
0.5
3.9
0
3.6
-0.5
3.3
-1
3
-1.5
2.7
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Climatologia CHL
Anomalia SST
Anomalia PAR
Anomalia CHL
2
Dic
Figura 11.10. Serie mensual de climatologías y anomalías (diferencia entre el valor mensual y la climatología
mensual) para la SST(ºC), PAR (mol quanta m-2 d-1) y clorofila (mgChl m-3) en la zona de plataforma.
El efecto contrario, donde los vientos de levante coinciden con aumentos de temperatura y descensos de la clorofila, se pueden observar para el año 1998, en los días 20 de marzo, 1 de
mayo, 15 de junio, 3 de agosto, 15 de septiembre y 6 de octubre para 1998; en 1999, el 12 de
marzo, 9 y 28 de abril, 22 de mayo, 10 de octubre y 25 de noviembre; en el 2000, 1 y 17 de
mayo, 15 de junio, 13 de julio, 7 de septiembre y 23 de octubre; en 2001, 10 de abril, 20 de
mayo, 16 de junio, 26 de julio, 21 de agosto, 9 de octubre; en 2002, 1 y 19 de abril, 15 de julio y
1 de octubre.
La concentración de clorofila parece ser sensible a la precipitación en esta zona.
Principalmente en los meses de otoño, la clorofila aumenta en aquellos años donde las lluvias
han sido fuertes, ya que este hecho facilita la entrada de nutrientes a partir de los ríos, sobre
todo del estuario del Guadalquivir, que como se ha visto en capítulos anteriores, existe una
entrada masiva de nutrientes. Por ejemplo, a finales de octubre y principios de noviembre del
1999, hay un aumento fuerte de la clorofila con vientos débiles, tanto de poniente como de
levante. También se observa que no existe una disminución de la temperatura, pero sí se
registraron unos días de intensa lluvia, lo que pudo facilitar la entrada de nutrientes en la zona
a través de los ríos y estuarios. Este proceso también se registró durante los meses de octubre
y noviembre del 2001.
28
-2
-1
Figura 11.11. Serie temporal para los promedios semanales de PAR (línea azul, mol quanta m d ), SST (roja,
-3
ºC) y clorofila (verde, mgChl m ) para la zona de plataforma. Las barras grises en las gráficas superiores
indican la dirección del viento (valores positivos son ponientes y negativos son levantes) y su velocidad (en
km/h), mientras que las barras grises de las gráficas inferiores indican la precipitación diaria (en décimas de
mm) en la estación meteorológica de Huelva.
11.3.5
Forzamiento estuárico de la biogeoquímica en la
eco-región de plataforma.
La variabilidad del ecosistema de la plataforma, como se ha descrito, se compone de diferentes
agentes forzantes así como la interacción con los diferentes ríos que desembocan en la misma,
como son el río Guadalquivir, Guadiana y Tinto-Odiel, los cuales han servido para dividir en
varias áreas dependiendo de su influencia (Figura 11.16). Basados en el estudio de siete años
de imágenes de SST y color oceánico (desde Julio de 1997 y Diciembre de 2004), la
climatología de toda la plataforma continental muestra un mínimo de temperatura en Enero y
Febrero con promedio de 15.04 ºC (Figura 11.16.B). La temperatura máxima se alcanza en los
meses de Agosto con valores alrededor de 23.22 ºC, coincidiendo con los mínimos en
concentración de clorofila como consecuencia de la fuerte estratificación detectada en la
columna de agua durante este periodo.
Con respecto al patrón de clorofila superficial, se detectan dos bloom a lo lardo del año, el
primero en los meses de primavera (Marzo-Abril) y el segundo durante el mes de Noviembre.
Usando datos de satélite se ha demostrado la mayor influencia del Guadalquivir en la
productividad de la plataforma en comparación con el resto de ríos que desembocan en la
misma, como son el Guadiana y el Tinto-Odiel. El mayor rango de variabilidad en la
temperatura ha sido observado cerca del Guadalquivir, con valores entre 14 y 24 ºC en invierno
y verano respectivamente. En contraste, el área cercana a la desembocadura del río Guadiana
fue caracterizada por un menor valor de temperatura en verano (22ºC), probablemente
causado por la influencia del procesos de afloramiento asociado el frente de Huelva
29
(Stevenson, 1977; Fiúza et al., 1982), tal como describíamos para la zona del Frente del
Huelva.
Figura 11.12. A) Zonificación distinguida por la influencia de los diferentes ríos. Climatología de SST (B),
clorofila (C) y promedios mensuales de SST (D) y clorofila (E) para las diferentes zonas de estudio en la
plataforma atlántico-andaluza. Gu: Zona del Guadiana (línea azul), T-O: zona de desembocadura del Tinto-Odiel
(línea roja), G: zona de desembocadura del Guadalquivir (línea verde) y CS relativo a la plataforma continental
(línea negra).
Ambas áreas, pero principalmente la más cercana al Guadalquivir, tienen importantes
concentraciones promedio de clorofila comparada con el resto de la cuenca. La variabilidad
interanual de la temperatura también muestra valores más altos en los meses estivales desde
1994 a 1998, y aguas con temperaturas mayores en las cercanías al Guadalquivir. El bloom de
clorofila más intenso se observó durante Marzo del 2003 en la zona del estuario del
Guadalquivir. Este pico del fitoplancton coincide con un elevado aumento en las descargas de
agua dulce desde la presa de Alcalá del Río (Figura 11.7). El mismo patrón se observa en los
datos de campo recolectados en las diferentes campañas históricas realizadas en el seno del
ICMAN (Figuras 10.17). Además, las concentraciones de clorofila medidas in situ fueron
mayores durante los meses de primavera y en las cercanías a la desembocadura del
Guadalquivir. La mayor cantidad de fitoplancton estimada por el aumento en la clorofila se debe
al enriquecimiento de los nutrientes en este área, raramente por debajo de 1 μM durante todo
el año (Figuras 10.18). La influencia del aumento de los nutrientes por intercambio con los
estuarios en la zona costera del golfo es muy clara ya que los máximos de nitrato en toda la
plataforma se detectan en las cercanías de las desembocaduras, en particular en la del
estuario del Guadalquivir con valores superiores a 8 μM que destacan sobre las que se
observan en el Guadiana y el Tinto-Odiel (Figuras 10.18). La mayor concentración de
nutrientes y una menor temperatura se observa durante los meses de invierno, precediendo al
bloom primaveral (Fig. 10.19 y 10.20). En contraste, los menores valores de nutrientes (nitrato,
fosfato y silicato) fueron encontrados en verano durante el periodo de estratificación (Fig. 10.21
y 10.22). Las concentraciones de fosfato siempre exceden de la constante de semisaturación
del fitoplancton (Ks) de 0.03 y 0.5 μM aportado por McAllister et al. (1964) y Davies y Sleep
(1981).
30
Los máximos de clorofila se observan en primavera y otoño aunque este último en menor
medida (Fig. 10.19 - 10.22). El bloom primaveral del 2003 fue el mayor registrado de todas las
observaciones realizadas entre 2002 y 2004. El ecosistema pelágico en la desembocadura del
Guadalquivir aumenta las concentraciones de nutrientes y clorofila como respuesta a los
eventos de pluviosidad que tienen lugar en este mes y en coincidencia con una disminución de
la salinidad. También se observan valores muy altos de fosfato en las cercanías a la
desembocadura del Tinto-Odiel
Figura 11.13. Distribución de la concentración de clorofila superficial (mg/l) durante los muestreos mensuales
31
Figura 11.14. (Continuación). Distribución de la concentración de clorofila superficial (mg/l) durante los
muestreos mensuales
32
Figura 11.15. Distribución de la concentración de nitrato (μM) durante los muestreos mensuales
33
Figura 11.16. (Continuación) Distribución de la concentración de nitrato (μM) durante los muestreos mensuales
34
Figura 11.17. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila superior a 20 micras, silicato (μM),
-1
material particulado (mg l ), fosfato (μM) y porcentaje de material inorgánico en noviembre de 2002.
35
Figura 11.18. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila superior a 20 micras, silicato (μM),
-1
material particulado (mg l ), fosfato (μM) y porcentaje de material inorgánico en enero de 2004.
36
Figura 11.19.Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila superior a 20 micras, silicato (μM),
-1
material particulado (mg l ), fosfato (μM) y porcentaje de material inorgánico en abril de 2003.
37
Figura 11.20. Distribución de temperatura, salinidad, porcentaje de clorofila superior a 20 micras, silicato (μM),
-1
material particulado (mg l ), fosfato (μM) y porcentaje de material inorgánico en junio de 2004.
38
Figura 11.21. Distribución espacial de la temperatura (ºC), salinidad, concentración de clorofila mayor de 20 µm
-1
(µg l-1), nitrato (µM), fostato (µM), silicato (µM), material particulado (mg l ) y porcentaje de material inorgánico
en las aguas superficiales en las diferentes zonas desde marzo de 2003 hasta septiembre de 2004
39
11.3.6
La eco-región plataforma: ejes de variabilidad.
La información biogeoquímica descrita en los mapas presentados en las secciones anteriores
de este capítulo se ha sintetizado mediante un análisis de componentes principales (PCA). Las
primeras 4 componentes (ejes) del PCA explican más del 77% de la variabilidad encontrada en
el sistema (Tabla 1). La primera componente PC1 explica el 34% de la variabilidad y es
significativa del gradiente río-océano correlacionado con la salinidad, nitrato, silicato, clorofila
total y de células mayores de 20 μm. Los valores positivos de PC1 denotan alta salinidad y
bajas concentraciones de nutrientes, silicato y clorofilas.
% VAR EXP
Temperatura
Salinidad
Nitrato
Fosfato
Silicat0
Chla
Chla>20 μm
Material particulado
% Mat. inorgánico
Eje 1
Eje 2
Eje 3
Eje 4
34
0.137
0.418
−0.467
−0.176
−0.447
−0.421
−0.405
−0.120
0.043
18
-0.233
−0.076
0.056
−0.035
0.045
−0.004
0.020
−0.666
0.699
15
-0.2910
0.101
−0.270
−0.464
−0.401
0.439
0.502
−0.032
−0.105
10
0.862
−0.195
−0.141
0.086
−0.157
0.278
0.174
−0.232
0.068
Tabla 11.1. Resultados del análisis PCA.
Con respecto al segundo eje (PC2), este explica el 18% de la variabilidad y está describiendo
la naturaleza del material particulado (correlacionado tanto con el material orgánico como
inorgánico) y en menor grado con la temperatura. Los valores positivos de PC2 se
corresponden con bajas concentraciones de material particulado. La componente PC3 (15%)
se correlaciona con la clorofila de grandes células y el fosfato, y en menor medida con la
clorofila total, silicato y temperatura. Por último, la cuarta componente (PC4, 10%) está
altamente correlacionada con la temperatura, sugiriendo esta componente la estacionalidad del
sistema. La representación gráfica de las dos primeras componentes revelan dos grupos de
estaciones. El primer grupo es caracterizado por valores muy negativos del PC1,
representando la influencia de los ríos, y es coherente con las estaciones muestreadas
cercanos a la desembocadura del Guadalquivir entre primavera del 2003 y 2004 y las
estaciones costeras entre el Tinto-Odiel y el Guadalquivir muestreadas en otoño del 2003 (Fig
11.24). La componente estacional de este grupo está claramente asociada a episodios de
elevada precipitación, resultando en altos valores de clorofila y nutrientes y una caída en la
salinidad. El segundo grupo consiste en estaciones con altos valores negativos de PC2 y
representa las estaciones con bajas fracciones de material suspendido inorgánico recolectados
en otoño del 2002 y verano del 2003.
Como es esperable, el PC1 explicó la mayoría de la variabilidad en la desembocadura del
Guadalquivir. Esta zona está caracterizada por valores negativos de PC2 y PC3, así como
valores positivos de PC4, indicando altas concentraciones de material particulado y fosfato, y
altas temperaturas (Figura 11.23).
40
Figura 11.22. Resultados del análisis en componentes principales.
El examen de la estacionalidad de cada zona (Figura 11.25 b-e) revela que la PC1 explica la
variabilidad en la zona del Guadalquivir en invierno, primavera y otoño (Fig 10.25), mientras en
verano es la PC4 la que explica esa variabilidad con valores altos (elevadas temperaturas)
comparadas con otras zonas en verano. Este patrón es debido a la inercia térmica que se ha
descrito para la zona (García-Lafuente y Ruiz, 2007
Para la zona del Guadiana, la PC1 es altamente positiva en verano, indicando la fuerte
influencia oceánica en este sector (Fig 10.25). La estacionalidad en la temperatura es
claramente identificada en esta zona, con PC2, PC3 y PC4 cambiando de negativo a positivo a
medida que la estación progresa. La PC3 representa la correlación negativa ente la
temperatura y la clorofila de células grandes, resultando en valores positivos en invierno y en
primavera (Fig. 10.25). Este efecto está probablemente relacionado con la presencia del frente
de Huelva, aguas más frías que se encuentran en el cabo Santa María, el cual promueve
blooms de fitoplancton en este sector al sudeste del cabo Santa María (Navarro y Ruiz, 2006).
La estacionalidad del Tinto-Odiel se refleja en la PC4, con valores negativos en invierno y
otoño y positivos en verano y primavera (Fig 10.25). Durante el verano los valores negativos de
la PC2 denotan la alta temperatura y alta concentración de material suspendido con una baja
fracción de material inorgánico. La mayoría de esta variabilidad está relacionada con una
3
estación en el mes de agosto (Fig 10.24). Los valores de clorofila en torno a 0.35 mg/m ,
sugieren que la biomasa fitoplanctónica es responsable sólo de forma parcial de la alta materia
orgánica encontrada, e indica que este aumento está relacionado con altas concentraciones de
zooplancton y por lo tanto de huevos y larvas de boquerón presentes durante esta época del
año (Ruiz et al, 2006). Esta hipótesis se sustenta por las medidas de zooplancton e
ictioplancton recolectadas a la misma vez. Por lo tanto, los valores negativos de PC2 junto con
los valores de PC1 cercanos a cero parecen ser asociados con alta abundancia de zooplancton
e ictioplancton.
41
B
Figura 11.23. Variabilidad espacial y temporal de los valores de las cuatro componentes. A) Promedios
espaciales de las tres zonas analizadas con influencia de los ríos. B-E) Promedio estacional para cada una de
las zonas, Guadalquivir (B), Guadiana (C); Tinto-Odiel (D) y plataforma continental (E).
La distribución de las variables biogeoquímicas en la plataforma continental del golfo de Cádiz
es, por tanto, consecuencia del forzamiento meteorológico (régimen de vientos y precipitación
que condiciona en parte la descarga del los ríos), que a su vez influye en la dinámica marina. El
papel de los ríos en la fertilización de la cuenca, principalmente a través de la influencia del río
Guadalquivir, sumado a los vientos de poniente que generan un afloramiento, constituyen los
factores claves para la elevada productividad encontrada en la zona de plataforma.
La fertilización del rio Guadalquivir es particularmente notable con un incremento en la
concentración de nitrato, una reducción en la salinidad y un aumento en la concentración de
clorofila (principalmente de grandes células) en el área cercana a la desembocadura de los
diferentes ríos. Este efecto es de mayor intensidad durante la primavera, cuando aumenta la
frecuencia en la precipitación. Este fenómeno meteorológico está relacionado con el índice
NAO, tal como muestra la Figura 11.26, que representa la relación (r=-0.46, p<0.0001) entre la
precipitación anual acumulada en el área del golfo de Cádiz y el índice NAO para el periodo
1870-2007. Durante los años 2002, 2003 y 2004, correspondientes a los gráficos mostrados de
campañas oceanográficas, los valores de la NAO estaban comprendidos entre 0.76 y -0.07.
Estos valores son muy cercanos a la moda y al percentil 50 de toda la serie de datos de la NAO
(moda: 0.72, percentil: 40-59%). Por tanto, a pesar que no hay datos de campo anteriores a
2002, podemos asumir con robustez estadística, que durante el periodo de estudio el
forzamiento climático fue el "típico", ni extremadamente húmedo ni extremadamente seco. Esto
se traduce en que las campañas mostradas representan el patrón espacial y temporal típico de
la variabilidad biogeoquímica del ecosistema en la plataforma.
42
Figura 11.24. Relación entre el índice NAO y la precipitación anual acumulada (mm/año) en el área del golfo de
Cádiz para el periodo entre 1870 y 2007.
11.3.7
Presencia de la pluma de turbidez en la plataforma
Como se ha venido describiendo en este capítulo y los anteriores, la cantidad de materia
particulada tanto en el estuario como en la zona de plataforma, afecta al resto de procesos
oceanográficos que concurren en la misma, desde la especiación química y la adsorción de
contaminantes marinos, hasta la disminución de la luz y el consecuente decrecimiento de la
producción primaria, con todo lo que la misma sustenta.
Para estudiar la variabilidad espacial y temporal de la pluma de turbidez en la desembocadura,
así como su dinámica temporal, se han empleado técnicas de teledetección de color oceánico
para el estudio de la misma, ya que las herramientas tradicionales como son los muestreos in
situ o el fondeo de instrumentos, o bien no captan toda la variabilidad espacial (numero de
fondeos limitados) o bien la temporal (muestreos en fechas concretas).
Las imágenes que se presentan en este apartado proceden del sensor MODIS, que está a
bordo del satélite TERRA y del satélite AQUA, ambos con una diferencia en la captura de las
imágenes de unas pocas horas, lo que nos permite estudiar la variabilidad de la pluma en
escala horaria. La resolución de las imágenes es de 250 metros y están han sido procesadas
desde el nivel L0 hasta el nivel RGB por la propia NASA.
La Figura 11.27 muestra el patrón temporal de las descargas de Alcalá del Río, así como el
patrón de turbidez de la boya situada en la Broa y algunas imágenes RGB de turbidez de la
zona de desembocadura que demuestra la presencia de esta pluma en máximos de turbidez
asociados a grandes descargas. De hecho, se observa la aparición de la pluma de turbidez en
la imagen del 26 de noviembre d 2007, justo unos días después del aumento de la descarga de
la presa de Alcalá del Río que se debido al aumento de la precipitación en el estuario (Fig
10.28).
43
Figura 11.25. Panel superior: Descargas diarias desde la presa de Alcalá del Río. Panel intermedio. Serie
temporal de turbidez de la boya 34. Panel inferior. Diferentes imágenes RGB que muestran la pluma de
turbidez.
Figura 11.26. Panel superior: Descargas diarias (barras azules) desde la presa de Alcalá del Río y precipitación
(líneas) en diferentes lugares del estuario. Panel intermedio e inferior. Imágenes RGB (izq), clorofila superficial
-3
(centro, mg m ) y radiancia emergente del agua a 551 nm (derecha) para el día 15 y 26 de noviembre, previos y
posteriores a la descarga respectivamente.
Además de la relación clara entre las descargas y la aparición de la pluma de turbidez en la
desembocadura, las dimensiones y la forma de la misma varía dependiendo de los procesos
meteorológicos y oceanográficos. De hecho, en la Figura 11.29 se presenta la imagen RGB
para el día 30 de diciembre de 2009, cuando estuvo soplando un viento de suroeste hizo que la
pluma de turbidez ocupara la zona costera frente al Parque Nacional de Doñana, ya que el
viento empujaba contra la costa la pluma de turbidez del Guadalquivir.
44
Figura 11.27. Panel superior: Imagen RGB de MODIS para el 30 de diciembre de 2009. La rosa de viento se
corresponde con los datos de la boya de Salmedina de las 24 horas anteriores a la adquisición de la imagen.
Panel intermedio: Descargas diarias desde la presa de Alcalá del Río. Panel inferior: Serie temporal de turbidez
en la broa.
El efecto del viento sobre la distribución de la turbidez, también se representa en la Figura
11.30, en la que se observa una orientación hacia el sureste, es decir, la pluma de turbidez se
dirige hacia aguas de la Bahía de Cádiz con viento favorable de componente noroeste.
Figura 11.28. Imágenes RGB de MODIS para el 12 de febrero de 2010 y 12 de abril de 2008 para TERRA y AQUA.
La rosas de viento se corresponden con los datos de viento (km/h) de las 24 horas anteriores a la adquisición
de la imagen.
45
11.3.8
La eco-región franja costera como sumidero de
CO2
Además de los patrones de clorofila y nutrientes descritos, en la plataforma existen procesos
muy relacionados con la química del carbono oceánico que tienen proyecciones sobre
aspectos relacionados con el cambio global. Las evidencias en otras zonas han demostrado
que el secuestro de CO2 en el medio marino posee una componente regional muy acusada
que se refleja finalmente en la influencia que el forzamiento atmosférico local ejerce sobre la
dinámica del carbono en la columna de agua. Esta última se rige a su vez por tres mecanismos
-directa o indirectamente relacionados con factores meteorológicos- que en última instancia
gobiernan la captación de carbono y su posterior transporte desde la superficie a las aguas
profundas. El primero de estos mecanismos es la bomba de solubilidad, controlado por la
temperatura y que muestra su mayor eficiencia en latitudes altas debido a la influencia térmica
sobre la solubilidad de los gases. El segundo mecanismo es el denominado bomba química
basado en la interacción entre las distintas formas del carbono inorgánico (Ci) que aparecen en
el medio marino, esto es, dióxido de carbono e iones carbonato y bicarbonato y cuyo equilibrio
confiere capacidad tampón al océano. Los dos procesos anteriores se encuentran acoplados y
han recibido genéricamente el nombre de bomba física. El tercer mecanismo regulador de la
absorción de CO2 es la bomba biológica, dependiente de la fijación fotosintética de carbono
por parte del fitoplancton, quien mediante la producción primaria, incorpora Ci y genera materia
orgánica en forma de desechos biogénicos carbonados que es transportada a las capas más
profundas del océano vía sedimentación.
Adicionalmente, se ha descrito la existencia de un cuarto mecanismo de captura de CO2
exclusivo de las plataformas continentales. El fenómeno -conocido como continental shelf
pump (Tsu-nogai et al. 1999)- ha sido observado en sistemas costeros que presentan
estratificación estacional habiéndose descrito en el mar de la China Oriental (Tsunogai et al.
1999), el golfo de Vizcaya (Frankignoulle y Borges 2001), la plataforma central Atlántica (the
Middle Atlantic Bight, MAB, DeGranpre et al. 2002), la plataforma del Mar del Norte (Thomas et
al. 2004) y en la plataforma continental del golfo de Cádiz (Huertas et al. 2006, 2007).
Básicamente, la bomba de plataforma consiste en la elevada absorción de CO2 atmosférico
que tiene lugar en los márgenes continentales debido, por un lado al enfriamiento en la capa
superficial durante ciertos periodos del ciclo anual y por otro, a la elevada actividad fotosintética
que ocurre en estas zonas costeras y que favorece la generación de materia orgánica. Tanto el
CO2 disuelto contenido en las aguas más densas (y frías) como aquel en forma de materia
orgánica son transportados a zonas más profundas donde se produce su degradación
completa a carbono inorgánico y su exportación final al océano abierto. La bomba de
plataforma es de gran relevancia como sumidero de CO2 cuando se extrapola a la extensión
global de la plataforma continental a escala mundial. Es esperable que en estas áreas
costeras, el impacto del aumento en los niveles de CO2 disuelto sea superior que en regiones
de mar abierto, tanto por la magnitud de los procesos que en ellas se desarrollan como por el
funcionamiento de la bomba de plataforma. De hecho, la zona costera representa en su
conjunto, una de las regiones de la biosfera más activas desde un punto de vista
biogeoquímico sosteniendo entre un 10 y un 30% de la producción primaria oceánica,
contribuyendo significativamente al ciclo del carbono a escala global (Borges et al. 2006). Por
tanto, los márgenes continentales presentan una mayor vulnerabilidad ante el cambio global
debido a la naturaleza inherente a su funcionamiento y a la presión antropogénica que padecen
(IPCC2007). Esta sensibilidad se hace particularmente evidente en aquellos márgenes
localizados en latitudes medias donde las fluctuaciones térmicas estacionales ejercen una gran
influencia sobre la dinámica del sistema del Ci.
La plataforma continental del golfo del Cádiz actúa como sumidero para el CO2 atmosférico
durante la mayoría del año con excepción de algunos meses estivales donde el incremento de
la temperatura y el descenso de la producción primaria produce una sobresaturación de CO2
en el agua que es emitido a la atmosfera (Figura 11.31). Este patrón está muy relacionado con
el patrón térmico caracterizado por aguas más cálidas que el resto del golfo en verano y más
46
frías en invierno y condiciona la productividad biológica del resto del golfo (Prieto et al. 2009)
así como la circulación oceánica en la zona de plataforma.
Figura 11.29. Arriba: Producción primaria de la zona de plataforma calculada a través del modelo de Behrenfeld
y Falkowski, 1997. Abajo: Barras: Flujo de CO2 entre la atmosfera y la plataforma. La línea roja indica la
velocidad del viento promedio
Los diversos resultados obtenidos en el seno del grupo han constatado el relevante papel que
juega la comunidad fitoplanctónica costera en el ciclo del carbono. Así, las correlaciones
encontradas entre el ciclo anual de producción primaria y las distribuciones espacio-temporales
de CO2 y de materia orgánica indican que el fitoplancton y, por ende, el balance eutrófico,
gobierna la captura de CO2 atmosférico (Huertas et al. 2006, Prieto et al. 2006). Igualmente, el
patrón térmico descrito anteriormente en esta franja del litoral rige las fluctuaciones de la
presión parcial de CO2 en las aguas superficiales (Huertas et al. 2006, 2007). La captura del
carbono por parte de los productores primarios implica la mediación y funcionamiento a nivel
celular de mecanismos concentradores de carbono, de tal modo que los procesos fisiológicos
de transporte y adquisición de Ci participan en última instancia en los intercambios de CO2 airemar, habiéndose encontrado que dichos mecanismos difieren de unas zonas a otras de la
plataforma en función de la composición específica de las floraciones fitoplanctónicas (Huertas
et al. 2005)
La información disponible nos indica que el margen continental del golfo de Cádiz posee una
gran vulnerabilidad ante perturbaciones físicas en el ambiente pelágico asociadas al cambio
global. Las modificaciones en el patrón térmico y en el sistema del Ci presentan la
potencialidad de alterar la dinámica de la población fitoplanctónica, e incluso podrían favorecer
la proliferación de ciertos organismos en detrimento de otros, en función de su capacidad de
adaptación ante dichas perturbaciones. De hecho, estudios recientes efectuados sobre
“parches” naturales de fitoplancton sometidos a diferentes proporciones de CO2 en aire o
experimentos en mesocosmos a distintos niveles de CO2 disuelto han descrito cambios en la
composición de los grupos funcionales de la comunidad, así como en las tasas de consumo de
carbono (Tortell et al. 2002, Riebesell et al. 2007). Las estrategias de adaptación que originan
tales respuestas así como sus repercusiones al resto de niveles tróficos son aún desconocidas
47
10.1.1
La eco-región franja costera y los recursos
pesqueros en el golfo de Cádiz.
Los patrones oceanográficos descritos con anterioridad evidencian la existencia de una gran
variabilidad en cuanto a corrientes, patrones térmicos y tróficos se desarrollan en el golfo de
Cádiz, y sobre todo en la zona de plataforma. Estos patrones pueden llegar a ser muy
favorables para la supervivencia de los primeros estadios larvarios de especies de interés
pesquero como es el boquerón. La reproducción de esta especie está muy condicionada por la
temperatura del agua, con periodos de puesta normalmente asociados a temperatura
superficial de más de 14ºC (Motos et al, 1996) y un máximo de actividad entre 19 y 23 ºC en
aguas colindantes como ocurre en el mar de Alborán (García y Palomera 1996). En la zona de
plataforma del golfo de Cádiz las temperaturas medidas siempre superan el valor de 14ºC,
excediendo de 20ºC en el mes de junio cuando se produce el proceso de puesta del boquerón.
Además, los estudios con imágenes de satélite (Vargas et al, 2003, Navarro y Ruiz, 2006)
demuestran que en esta zona de plataforma las temperaturas son mayores que en el resto de
la cuenca en los meses estivales (Fig. 10.13).
Sin embargo, estas condiciones térmicas no están asociadas con zonas oligotróficas que
suelen caracterizar a las aguas oceánicas en los meses estivales. De hecho, Navarro y Ruiz
(2006) confirmaron la inusual combinación que se produce en la zona de plataforma atlánticoandaluza en los meses estivales, y es la simultaneidad de una zona de aguas cálidas y
productivas, sien-do particularmente relevante la zona cercana a la desembocadura del
Guadalquivir (Prieto et al, 2009). Este patrón se observa a lo largo de todo el año, donde la
producción primaria es mayor en la desembocadura que en el resto de la cuenca (Figuras
10.17 y 10.18), estando asociado este incremento a procesos estuáricos como son la entrada
de nutrientes a través del río y la intensa mezcla mareal en esta zona. Este aumento de la
producción primaria influencia el aumento de la concentración de zooplancton que se observa
en este área, sirviendo de alimentación a las larvas de boquerón dentro del estuario (Baldó y
Drake, 2002).
Por lo tanto, tanto las condiciones térmicas como tróficas son las adecuadas para el
crecimiento y alimentación del boquerón en los primeros estadios larvarios. Además, la
intensidad de las corrientes es usualmente bajas en el área (Figura 11.4), lo cual favorece la
permanencia de estos pequeños pelágicos con reducida capacidad natatoria en la zona. Sin
embargo, estas condiciones favorables para los pequeños pelágicos pueden modificarse
bruscamente con la presencia de fuertes vientos de levante, que hacen variar las condiciones
hidrológicas bruscamente, como son el enfriamiento del agua superficial debido al aumento del
flujo de calor latente hacia la atmosfera, sobre todo en los meses de Marzo y Abril,
favoreciendo el retraso en la puesta del boquerón. Además, los temporales de levante hacen
que disminuya la concentración de clorofila en los meses estivales por efecto de apilamiento
del agua costera (Navarro y Ruiz, 2006).
Consecuentemente, los vientos de levante hacen cambiar las condiciones térmicas y tróficas
descritas anteriormente como ideales para el crecimiento del boquerón, además de tener un
efecto negativo por la advección de las larvas hacia el este, ya que con viento de levante se
intensifica la contracorriente en la zona de plataforma continental (Relvas y Barton, 2002) hacia
el cabo Santa María, e incluso esta corriente puede alcanzar el cabo San Vicente, donde las
aguas son en general más frías y oligotróficas comparadas con el área de plataforma (Navarro
y Ruiz, 2006). Junto con el agua se transportan todos los organismos planctónicos en
suspensión, incluyendo aquellos que son huevos y larvas de especies nectónicas cuando son
adultas. Las aguas advectadas hacia el oeste pueden transportar ictioplancton.
Los temporales de levante no son predecibles como lo es el ciclo estacional o lunar por lo que
el efecto sobre la reproducción de estas especies puede ser devastador. Si tras efectuar una
puesta en sincronía con el ciclo estacional y lunar se produce un temporal de levante, éste
tiene la capacidad de transportar todos los huevos y larvas de esta puesta hacia mar abierto
donde la mortalidad será casi total. En la Figura 11.32 se muestra un ejemplo de este proceso
en acción. Se trata de dos mapas de distribución de huevos de boquerón en la zona costera en
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una situación previa y posterior a un temporal de levante. Como se puede comprobar, el
temporal de levante desplaza la mancha de huevos hacia el oeste desde la plataforma
continental de Andalucía. Este temporal de levante sólo duró escasos días y no fue
especialmente intenso, pero fue suficiente para transportar la puesta de estas especies a las
cercanías del cabo de Santa María. Con seguridad, un temporal más intenso hubiera hecho
que las larvas en la plataforma continental viajaran en dirección oeste hasta atravesar el cabo
de San Vicente.
Figura 11.30. A y B) Imágenes térmicas para los días 23 y 30 de mayo de 2001. C y D) Distribución de huevos de
boquerón para el muestreo de Macroescala (C, viento de poniente) y Mesoscala (D, viento de levante)..
El impacto del levante es tan intenso que deja trazas en los recursos vivos que se obtienen de
la región. En la Figura 11.33 se muestran las capturas históricas de boquerón en el GC y su
relación con el régimen de levante durante esos años. Aunque la correlación no es perfecta si
se puede comprobar que los años de intensos levantes que azotaron el GC durante los años
noventa estuvieron asociados a años de escasas capturas.
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Figura 11.31. Las barras verdes incidan los días de levante que ha soplado con una intensidad superior a los 30
km/h durante el periodo de reproducción del boquerón (marzo a octubre). Los círculos azules indican los
desembarcos que se han producido durante este periodo y los negros la captura por unidad de esfuerzo
(CPUE).
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10.2 Conclusiones y trabajo futuro
En el presente capítulo se han puesto de manifiesto las escalas espacio-temporal de los
procesos pelágicos que se desarrollan en el golfo de Cádiz, y en especial énfasis en la zona de
plataforma adyacente a la desembocadura. Las escalas temporales abarcan desde periodos de
horas (por ejemplo, dispersión de la pluma de turbidez) hasta procesos interanuales como la
variabilidad de los blooms de fitoplancton y su conexión con los recursos pesqueros en
diferentes años. Asimismo se ha realizado una regionalización de todo el golfo de Cádiz en
unidades dinámicas en cuanto a la variabilidad de los productores primarios se refiere.
Una de las regiones extraídas y analizadas se corresponde con la eco-región de la plataforma
costera que está adyacente a la desembocadura del estuario. En esta región, existe una alta
concentración de clorofila durante todo el año, muy superior a las encontradas en el resto de
regiones estudiadas. Estas altas concentraciones de clorofila se deben principalmente a la
entrada de nutrientes a través del estuario que hacen que en condiciones lumínicas suficientes,
exista una proliferación de organismos fitoplanctónicos. Esta gran cantidad de productores
primarios, junto con las altas temperaturas estivales y la dinámica marina presente en la zona,
hace que sea un área propicia para el éxito reproductivo de recursos pesqueros como es el
boquerón.
Además, esta zona de plataforma continental del golfo del Cádiz actúa como sumidero para el
CO2 atmosférico durante la mayoría del año con excepción de algunos meses estivales donde
el incremento de la temperatura y el descenso de la producción primaria produce una
sobresaturación de CO2 en el agua que es emitido a la atmosfera. Por lo tanto, el control que
ejerce el estuario sobre los productores primarios de la plataforma afecta al ciclo del carbono
en sus aguas.
Junto con los procesos que afectan a los diferentes eslabones tróficos, se ha analizado la
pluma de turbidez en la desembocadura, la cual hace de transportador de nutrientes,
contaminantes y otras partículas desde el interior del estuario hasta la plataforma. La
dimensión y forma de la misma está sujeta a las condiciones meteorológicas (pluviosidad,
viento) y oceanográficas (dinámica marina, oleaje, etc) así como a la gestión antrópica de las
descargas en Alcalá del Río.
A partir de este estudio, se abren nuevas líneas posibles de trabajo. Queda estudiar con detalle
como los diferentes procesos forzantes (meteorológicos y oceanográficos) afectan a la
aparición de la pluma de turbidez y como esta se modifica tanto en tamaño como en forma.
Para ello sería necesario estudiar de forma conjunta los procesos forzantes del sistema así
como la forma de la pluma. Además, para la correcta gestión de los recursos pesqueros en el
golfo de Cádiz se debería seguir monitorizando aquellos procesos o agentes que afectan a su
supervivencia, y que han sido incluidos en modelos de gestión como son los agentes
meteorológicos, dinámicos, productores primarios, etc.
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