Estimación de flujos de CO2 superficial en el Golfo de Vizcaya usando relaciones empíricas y la teledetección

X.

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RESUMEN
Se ha desarrollado para el Golfo de Vizcaya un algoritmo empírico entre la fugacidad de CO2 (fCO2) en el océano y diferentes variables obtenidas por sensores remotos como son la temperatura superficial del mar (SST) y la concentración de clorofila. Los mapas mensuales del gradiente océano-atmósfera de fCO2 (DfCO2) reprodujeron los patrones espaciales y estacionales conocidos de la zona. Los fujos de CO2 calculados mostraron una disminución interanual de la captación oceánica de CO2. La reducción de DfCO2 y de la velocidad de viento durante la última década explicaron en un porcentaje similar, el descenso de la capacidad de sumidero de CO2 del golfo de Vizcaya.
ABSTRACT
An empirical algorithm between the oceanic CO2 fugacity (fCO2) and remote sensing observations of both sea surface temperature and chlorophyll has been developed for the Bay of Biscay. Monthly maps of sea-air fCO2 gradient (DfCO2) reproduced the spatial pattern and the seasonal variability of the region. The estimated CO2 fluxes indicated an interannual decrease of the uptake CO2 capacity by the ocean. The diminution of both DfCO2 and wind speed contributed equally to the significant decrease of the CO2 sink rate in the Bay of Biscay during the last decade. KEY WORDS: Bay of Biscay, CO2, SeaWiFS, AVHRR.

Sujets

• Golfo de Vizcaya
• CO2
• Advanced Very High Resolution Radiometer
• Bay of Biscay

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• Publié le: 01 janvier 2006
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Extrait

03. Padín y G. Navarro 12/2/07 09:17 Página 15
Revista de Teledetección. Número Especial: 15-19
Estimación de flujos de CO superficial en el
2
Golfo de Vizcaya usando relaciones empíricas y la
teledetección
* **X. A. Padín y G. Navarro
* Instituto de Investigaciones Mariñas (CSIC). Vigo
[e-mail]
** Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC). Cádiz
[e-mail]
RESUMEN ABSTRACT
Se ha desarrollado para el Golfo de Vizcaya un An empirical algorithm between the oceanic CO
2
algoritmo empírico entre la fugacidad de CO (fCO ) fugacity (fCO ) and remote sensing observations of
2 2 2
en el océano y diferentes variables obtenidas por sen- both sea surface temperature and chlorophyll has
sores remotos como son la temperatura superficial del been developed for the Bay of Biscay. Monthly maps
mar (SST) y la concentración de clorofila. Los mapas of sea-air fCO gradient (DfCO ) reproduced the
spa2 2
mensuales del gradiente océano-atmósfera de fCO tial pattern and the seasonal variability of the region.
2
(DfCO ) reprodujeron los patrones espaciales y esta- The estimated CO fluxes indicated an interannual
2 2
cionales conocidos de la zona. Los fujos de CO cal- decrease of the uptake CO capacity by the ocean.
2 2
culados mostraron una disminución interanual de la The diminution of both DfCO and wind speed
con2
captación oceánica de CO . La reducción de DfCO y tributed equally to the significant decrease of the CO
2 2 2
de la velocidad de viento durante la última década sink rate in the Bay of Biscay during the last decade.
explicaron en un porcentaje similar, el descenso de la
capacidad de sumidero de CO del golfo de Vizcaya. KEY WORDS: Bay of Biscay, CO , SeaWiFS,
2 2
AVHRR.
PALABRAS CLAVE: Golfo de Vizcaya, CO ,
Sea2
WiFS, AVHRR.
situ de SST permitió calcular la variabilidad esta-INTRODUCCIÓN
swcional e interanual de fCO (Lee et al., 1998).
2
Además, la utilización de datos de teledetecciónEl océano desempeña un importante papel en el
como temperatura (SST ) (Olsen et al.,“calentamiento global” mitigando el efecto de las RS, remote sensing
emisiones de gases de efecto invernadero. La capa- 2004) y clorofila (Cla ) (Ono et al., 2004) aumen-RS
cidad de absorción de CO se convierte así en una tó el potencial de esta aproximación reduciendo la2
variable fundamental para la predicción de los futu- frecuencia necesaria de muestreos y alcanzando
ros escenarios climáticos. Sin embargo, el número una mayor resolución espacial y temporal en la
dissw swde medidas de fugacidad de CO (fCO ) requeri- tribución del fCO en todo el océano.22 2
das para caracterizar un sistema tan heterogéneo El objetivo del presente trabajo es generar un
algoritmo empírico que relacione variables esti-como son los océanos están todavía lejos de ser
swmadas mediante satélite con la fCO para elalcanzadas. Para paliar esta carencia, durante los 2
Golfo de Vizcaya en el que ya se ha estudiado laúltimos años se ha desarrollado a escala global un
sw variabilidad espacio-temporal de los productorescreciente esfuerzo de monitorización de fCO . La2
primarios (García-Soto et al., 2002). Los valoresintegración de estas nuevas medidas ha mejorado
swde fCO han sido extrapolados a una regiónsensiblemente las estimaciones previas de la capta- 2
oceánica (Figura 1) para estudiar la distribuciónción oceánica de CO atmosférico (Takahashi et al.,2
espacial en la zona. Además, se ha analizado la2002). Este esfuerzo comenzó con el
establecisw variabilidad estacional e interanual aplicando elmiento de correlaciones entre la SST y el fCO a
2
algoritmo a lo largo de observaciones históricaspartir de relaciones empíricas. La aplicación de esta
de SST y Cla .aproximácion en atlas climatológicos y medidas in RS RS
Número Especial - Junio 2006 1503. Padín y G. Navarro 12/2/07 09:17 Página 16
X. A. Padín y G. Navarro
Algoritmo empíricoMATERIAL Y MÉTODOS
swLa correspondencia entre las medidas de fCO2Datos in-situ y las observaciones de SST y Cla se realizaronRS RS
dentro del margen espacial de ±5.7 km y ±12.7 km
Durante el año 2003, un equipo analítico autó- y una diferencia temporal de ±6 h y ±12 horas,
resnomo instalado a bordo de buques de oportunidad pectivamente. El algoritmo propuesto por Ono et
muestreo repedidamente un transecto a largo del al., (2004) fue estimado a partir de un desarrollo
Golfo de Vizcaya (Fig. 1) en el seno del proyecto teórico de relaciones empíricas:
ECO. La fracción molar de CO fue medida con2
un analizador de gases Licor 6262 y convertida en
sw 2 2fCO = A·SST + B·SST + C·Cla + D·Cla + Esw 2fCO según los criterios DOE (1994). La dife-2
rencia de temperatura entre la toma de agua
donde la SST y la Cla son expresadas en ºC ysuperficial y el equipo fue corregida según la
-3mgCla·m , respectivamente. La correlación uni-ecuación descrita por Takahashi et al., (1993).
6dimensional fue extrapolada a un área de 10·10Simultáneamente, la SST y la fluorescencia de la
2km comprendida entre las latitudes de 44–46 ºNCla fueron determinadas con un
termosalinómetro (SBE45) y un fluorómetro (WETLabs), y longitudes de 9–3 ºW (Fig. 1) y una coberura
respectivamente. temporal desde septiembre de 1997 hasta
diciembre de 2004, coincidiendo con el sensor SeaWiFS.
Durante este período, se consideró un incremento
swinteranual de fCO similar al registrado por la2
atmfugacidad atmosférica (fCO ) a pesar de que2
numerosas referencias sugiriesen una tasa
oceánica superior en la zona del Atlántico Norte (Olsen
et al., 2003).
Estimación del intercambio de CO2
océano-atmósfera
-2 -1El flujo de CO (mmol m d ) entre el océano y2
la atmósfera se calculó de acuerdo a la siguiente
expresión:
Flujo CO = 0.24 · k · S · ΔfCO2 2
-1Figura 1. Golfo de Vizcaya, transecto ECO (línea negra) y donde k (cm·h ) representa la velocidad de
transfezona de área de extrapolación (marco gris). Las líneas rencia gaseosa calculada con los coeficientes
pronegras delgadas representan la isóbatas de 200, 2000 y puestos por Wanninkhof (1992) y usando
velocida4000 metros. des de viento mensuales (WS) procedentes del
rea-1 -1nálisis de NCEP/NCAR; S (mol·L ·atm )
representa la solubilidad de CO estimada a partir de
2
SST y valores mensuales de salinidad obtenidosDatos de satélite RS
de la base de datos World Ocean Atlas 2001
(NOA01) y ΔfCO (μatm) es la diferencia entreLas imágenes de SST proceden del programa 2RS sw atm atmfCO y fCO . La fCO fue estimada deNOAA-AVHRR Pathfinder, con una cobertura glo- 2 2 2
acuerdo con Olsen et al., (2004) a partir de la frac-bal y una resolución espacial de 4 km. Las
imágeción molar atmosférica latitudinalmente interpoladanes utilizadas son tanto la pasada ascendente
(diaa 45ºN de registros en estaciones meteorológicas deria) como la descendente (nocturna) y se generan
por la composición de las imágenes recibidas por la red NOAA situadas en Azores e Irlanda. La
prelos diferentes NOAA. Las imágenes de Cla han sión atmosférica fue obtenida del modelo de
reanáRS
sido estimadas a partir de las imágenes capturadas lisis NCEP/NCAR.
por el sensor SeaWiFS y obtenidas directamente de
la base de datos del DAAC-NASA. Estás imágenes
se corresponden con el nivel L3-SMI (resolución
espacial de 9 km).
16 Número Especial - Junio 200603. Padín y G. Navarro 12/2/07 09:17 Página 17
Estimación de flujos de CO superficial en el Golfo de Vizcaya usando relaciones empíricas y la teledetección2
de Vizcaya. La actividad fotosintética asociada pro-RESULTADOS Y DISCUSIÓN
duce un fuerte gradiente de la potencial capacidad
de absorción de CO atmosférico sur – norte. En2Algoritmo empírico este período y en menor medida durante el resto del
año, la ΔfCO calculada mostró notables
diferen2Los coeficientes del algoritmo empírico
calculacias (~30 μatm) en reducidas distancias. Watson etdos como un ajuste no lineal por mínimos
cuadraal., (1991) encontró en el Atlántico Norte el mismodos empleando el algoritmo Marquard-Levengerg swpatrón de fCO “moteado” asociándolo a fuertes2fueron los siguientes:
variaciones locales en la actividad biológica y
distintos procesos de mezcla.A=-23, B=0.8, C=-46, D=12, E=508,
El máximo anual de SST alcanzado durante elRS
verano invierte el intercambio gaseoso convirtiendoutilizando 874 valores y obteniendo un coeficiente
el Golfo de Vizcaya en una fuente de CO a la2 2de regresión (r =0.85). El error estándar obtenido
atmósfera (septiembre de 1999; Fig. 3c). Duranteen el ajuste fue de 7.5 μatm, siendo este
sensibleeste