Métodos Numéricos para el Seguimiento de Partículas en el Modelado Físico-Biológico del Océano

Los Métodos Lagrangeanos de Seguimiento de Partículas (MLP) resultan herramientas adecuadas para aplicaciones en modelado físico-bio lógico del océano, permitiendo investigar las trayectorias y transporte de partículas que ‘derivan ’ en el océano. Debido a la complejidad de la dinámica oceánica, representada por procesos ocea nográficos que ocurren en distintas escalas de tiempo, la aplicación de MLPs debe ser analizada con respecto a las limitaciones matemáticas y numéricas de los métodos de integración de ecu aciones diferenciales ordinarias (EDO), que son integradas para determinar la posición de las par tículas en función del tiempo, y las consecuencias de estas limitaciones en la resolución de la trayectoria ‘real’ de partículas que derivan en el océano. El presente trabajo tiene como objetivo comparar las soluciones analíticas y numéricas de un grupo de EDOs, que varían desde ecuaciones no rígidas h asta ecuaciones fuertemente rígidas, empleando algunos de los métodos numéricos de solución de EDO más utilizados en la simulación digital de sistemas dinámicos y modelado físico-biológico del océano. Además, el trabajo expone una detallada discusión sobre las limitaciones de los métodos testeados con respecto a dinámica oceánica ‘rígida’ y destaca el comportamiento de métodos explícitos de la familia Runge-Kutta de mayor orden y paso fijo como el RK4 y RK5 , en la resolución de sistemas rígidos bajo condición de criterio en seleccionar el tamaño del paso de tiempo apropiado. El est udio tendrá posteriormente aplicación en estudios de modelado físico-biológico en regiones particulares con dinámica oceánica ‘rígida’ como la plataforma continental Argentina.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmosfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmosfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin

Modeling the Offshore Export of Subantarctic Shelf Waters From the Patagonian Shelf

It has been suggested that the Subtropical Shelf Front (STSF) could be a preferential site for the detrainment of Subantarctic Shelf Water (SASW) and related planktonic shelf species onto the open SW Atlantic Ocean. The offshore detrainment of SASW and planktonic shelf species might be an exportation mechanism, affecting the population abundances of fishing resources in Argentina, Uruguay, and Southern Brazil. In this study, we characterize for the first time the 3-D structure of the STSF and the main routes of offshore export of SASW from the Patagonian shelf during austral summer (summer and early fall) and winter (winter and early spring) by using numerical hydrodynamical model results and Lagrangian tracking simulations of neutrally buoyant floats. The transport of SASW toward the open ocean is ~1 Sv (1 Sv = 106 m3/s) during summer and ~0.8 Sv during winter. SASW are exported offshore mainly near the Brazil-Malvinas Confluence region during both seasons. The STSF appears to act as an important retention mechanism for the plankton over the inner and middle shelf mainly during late summer and early fall. Our findings could explain the life cycle of distinct fish species that are distributed in the region, as well as the population abundance variability of such species.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Combes, Vincent. State University of Oregon; Estados UnidosFil: Acha, Eduardo Marcelo. Instituto Nacional de Investigaciones y Desarrollo Pesquero; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Saraceno, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentin

Subsurface Ocean Warming Hotspots and Potential Impacts on Marine Species: The Southwest South Atlantic Ocean Case Study

In the southwest South Atlantic Ocean (SWAO) strong ocean surface warming hotspots have been observed mainly along the path of the Brazil Current (BC), Brazil-Malvinas Confluence (BMC), and in the Río de la Plata (RdlP). However, there is no knowledge about the signature of ocean hotspots below the surface and the potential effects of ocean warming on marine biota. In this work, we provide initial evidence of how deep the hotspots of the SWAO extend in the water column, in particular at mid-water and bottom layers where two marine species - the green turtle (Chelonia mydas) and the Patagonian scallop (Zygochlamys patagonica) - inhabit. We compare 15 years (2003–2017) of Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS) ARMOR3D high−resolution (1/4°) 3-D temperatures reprocessed from combined satellite and in situ observations with high−resolution (1/12°) Mercator ocean reanalysis. We also use location data of C. mydas and Z. patagonica to discuss the potential impacts of warming on these species in terms of geographic distribution, phenological shifts and thermal tolerance. The potential distribution of C. mydas changes in relation to the sea surface temperature (SST) and the bathymetry. The warming of the whole water column in the RdlP (>0.4°C/decade) and the southward movement of the mean surface isotherms, which likely drove turtle displacements, could enable the opening up of novel optimal thermal habitats and/or a longer seasonal residency for the species. At the BMC, warming is driven by the southward displacement of the BC during the past decades. Ocean model temperature indicates cooling/warming in deep waters along the outer shelf and shelf break regions, which vary according the displacements of the BMC. The expected warming of the waters over the Patagonian scallop largest bed could exceed the thermal tolerance of this species and its survival. Given the lack of long-term monitoring programs to address the impacts of climate change on marine biota in the SWAO, our results provide the first effort to call the attention of stakeholders and decision makers on marine conservation and fishery management to work toward better management strategies in the context of climate change.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentina. Instituto Franco-argentino sobre Estudios del Clima y sus Impactos; ArgentinaFil: Combes, Vincent. State University of Oregon; Estados UnidosFil: González Carman, Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras; Argentin

Multiple jets in the Malvinas Current

[1] The velocity structure of the Malvinas Current is described based on the analysis of high-resolution hydrographic data and direct current observations. The data show that though the current width exceeds 150 km, the flow is concentrated in two relatively narrow (~10–20 km) jets. Within these cores, the direct observations indicate surface velocities exceeding 0.5 m.s−1. Surface drifter, satellite-derived mean dynamic topography, and sea surface temperature data suggest that the high-velocity jets are also ubiquitous features of the time mean circulation. Both jets appear to be continuous features extending more than 900 km along the western slope of the Argentine Basin. These jets closely follow the 200 and 1400 m isobaths. Additional high-velocity cores are apparent in direct current measurements and hydrographic observations, but these features are weaker and not continuous along the slope. Though the Malvinas Current transport is mostly barotropic, baroclinic jets are also identified in relative geostrophic velocity sections. The baroclinic jets are colocated with the barotropic jets. Our results suggest that the main Malvinas Current core is located over a relatively flat portion of the bottom, referred to as the Perito Moreno terrace. This observation is in agreement with recent seismic and geological evidence suggesting that in geological time scales the Malvinas Current played a key role in the configuration of the bottom sediments over the western slope of the Argentine Basin.Fil: Piola, Alberto Ricardo. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografia Naval; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía (i); Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía (i); ArgentinaFil: Saraceno, Martin. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y Los Océanos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; Argentin

Climate Change Impacts on the Patagonian Shelf Break Front

We characterize long-term trends of sea surface temperature (SST), absolute dynamic topography, and chlorophyll-a (CHL) in the Patagonian shelf break front (SBF) using 27 years (1993–2019) of satellite data. Warming of the Argentinean shelf waters and the southwestward displacement of the Brazil-Malvinas Confluence (BMC) impact the northernmost extension of the SBF. Cooling of the Malvinas Current (MC) and the concurrent warming of the adjacent shelf waters lead to a significant increase of SST gradients along the outer shelf. The southwestward displacement of the BMC implies a similar shift of the SBF. An increase in CHL trend appears to be associated with southerly wind anomalies along the shelf break. We estimate a southward shift of the northernmost penetration of the MC of −0.11 ± 0.076°/decade.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Ruiz Etcheverry, Laura Agustina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Marrari, Marina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Piola, Alberto Ricardo. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Departamento Oceanografía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Matano, R. P.. State University of Oregon; Estados Unido

Assessment of larval connectivity in a sandy beach mole crab through a coupled bio-oceanographic model

The biophysical mechanisms influencing larval distribution and their impacts on the metapopulation dynamics of sandy beaches, particularly the connectivity patterns associated with larval dispersal, are poorly understood. Here, we identify larval connectivity patterns of the mole crab Emerita brasiliensis in the coast of Uruguay. A biophysical individual based model (IBM) of larval transport was coupled to a regional high-resolution physical model to estimate the monthly and interannual variation of larval connectivity, as well as the impact of the length of the reproductive period on it. Larval connectivity showed marked interannual variations, which were mainly related to interannual changes in seasonal winds and associated ocean circulation patterns, particularly during La Niña years. The southernmost area where E. brasiliensis occurs only received larvae from the nearest release area in November and January spawning events during a strong La Niña year, characterized by intense northeasterly winds. The Uruguayan coast constitutes the leading (poleward) edge of the distribution of E. brasiliensis, where climate change effects are projected to intensify. Extrapolation of these results to a climate change scenario with stronger La Niña events, suggest that larval transport to southernmost beaches will become more probable.Fil: Meerhoff, Erika. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Defeo Gorospe, Omar. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; UruguayFil: Combes, Vincent. State University of Oregon. College of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences; Estados UnidosFil: Franco, Barbara Cristie. Instituto Franco-argentino sobre Estudios del Clima y sus Impactos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Matano, Ricardo. State University of Oregon. College of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences; Estados UnidosFil: Piola, Alberto Ricardo. Ministerio de Defensa. Armada Argentina. Servicio de Hidrografía Naval. Departamento Oceanografía; Argentina. Instituto Franco-argentino sobre Estudios del Clima y sus Impactos; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hernández Vaca, Freddy. Instituto Oceanografico de la Armada; Ecuador. Universidad de Concepción; ChileFil: Celentano, Eleonora. Universidad de la República. Facultad de Ciencias; Urugua

Benthic-pelagic uncoupling between the Northern Patagonian Frontal System and Patagonian scallop beds

Availability of planktonic food in the bottom is the most important factor to explain the persistence and recurrent localization of Patagonian scallop (Zygochlamys patagonica) populations. The establishment of the scallop Sea Bay bed (SBB) has been related with food supply from the Northern Patagonian Frontal System (NPFS). In this article outputs from high resolution numerical models combined with particle tracking methods were used to identify for the first time potential physical mechanisms of food transfer. The model results showed no evidence of benthic-pelagic coupling between the NPFS and the SBB. They also revealed that the dominant instantaneous semidiurnal tidal currents and the mean N-NE flow on the inner-middle Patagonian shelf are the main dynamical mechanisms preventing particles released at the surface of the NPFS to reach the SBB area. Sensitivity studies changing the stochastic numerical method for solving the particle trajectories, the release month and location of the particles, the magnitude of the horizontal turbulent diffusion and the frequency of the wind forcing did not alter this conclusion significantly.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía (i); Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Tonini, Mariano Hernan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía (i); Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentin

Physical processes controlling passive larval transport at the Patagonian Shelf Break Front

The largest beds of the Patagonian scallop (Zygochlamys patagonica) have been associated with high chlorophyll-a concentration observed along the Patagonian Shelf Break Front but there is no supported hypothesis about how this benthic-pelagic connection is maintained. In this work we address the main physical processes driving the benthic-pelagic linkages through oriented numerical experiments derived from a realistic, high-resolution numerical model, and Lagrangian stochastic simulations. The results support the hypothesis of an important dynamical control of the slope current on the fate of surface released passive particles and their subsequent bottom settlement. A high percentage of the particles released at the surface settled over the scallop beds. The particles remaining at the surface layer followed a prevailing NE flow direction with low cross-shelf dispersion. Additional experiments show that the secondary cross-shelf circulation forced by the slope current promotes downwelling and hence the settlement of particles on the westward side (onshore) of the shelf break. The percent of particles settling over the scallop beds exceeded 80% by the addition of vertical stochastic turbulence and tidal forcing. These results highlight the importance of including the vertical diffusivity in particle tracking experiments to better estimate benthic-pelagic interaction processes.Fil: Franco, Barbara Cristie. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; ArgentinaFil: Combes, Vincent. State University of Oregon; Estados UnidosFil: Lasta, Mario L.. Instituto Nacional de Investigaciones y Desarrollo Pesquero; Argentin

La Corriente de Malvinas: múltiples ramas y frentes oceanográficos en el Mar Patagónico

La plataforma continental patagónica es una extensa planicie sumergida, de escaso relieve, que termina en un talud. Este es un declive del fondo marino, por el que la profundidad aumenta de entre unos cien a doscientos metros hasta varios miles de metros en algunas decenas de kilómetros. El borde exterior de esa plataforma, donde comienza el talud, está a entre 400 y 500 kilómetros de la costa, según la latitud; y en coincidencia con ese borde, la superficie del mar se caracteriza por una abundante concentración de fitoplancton, que es la base de la cadena alimentaria (o cadena trófica) marina. Es una zona del mar con muy rica diversidad biológica y ecológica, lo que incluye pesquerías de importancia económica regional. El borde en cuestión marca la transición entre las aguas relativamente cálidas y poco salinas encontradas sobre la plataforma, y las aguas frías y de mayor salinidad de la corriente de Malvinas. Diversos organismos marinos, desde invertebrados o peces que habitan el fondo (o especies bentónicas) hasta otros peces, aves y los elefantes marinos australes (Mirounga leonina) están asociados con esa zona de transición. Zonas de ese tipo se llaman también frentes o sistemas frontales. Los seres vivientes que habitan en ellos adaptan sus ciclos vitales a la dinámica de tales sistemas, la cual facilita la retención y agregación del plancton. Por esta razón, los organismos mayores, con capacidad de desplazamiento, también se benefician con la existencia de esas áreas, en las que, en consecuencia, suele haber alta concentración de organismos marinos de diversos niveles tróficos.Fil: Franco, Barbara Cristie. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Piola, Alberto Ricardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rivas, Andres Lujan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Nacional Patagónico; ArgentinaFil: Palma, Elbio Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin