(Svcrdrup. 1941: Roden. 1964). Satellite-derived pigmcnt con- centration has bccn used to divide the gulf into ..... similar to winter and earl\ spring structurcs ob-.
Al Contenido de este Número (‘ie~cins .Wuvinus ( 1997). 23( I ): 1-22
ESTIMACIONES SUPERFICIALES DE PCO, EN EL GOLFO DE CALIFORNIA A PARTIR DE MEDICIONES CONTINUAS DE pH E IMÁGENES DE SATÉLITE ESTIMATE OF SURFACE PCO, IN THE GULF OF CALIFORNIA FROM UNDERWAY pH MEASUREMENTS AND SATELLITE IMAGERY Alberto Zirino’-2 J. Martín Hernández-Ayón’ Ruth A. Fuhrmanr? Saúl Álvarez-Borrego3 Gilberto Gaxiola-Castro’ J. Rubén Lara-Lara3 Robert L. Bernstein4 ’ Instituto de Investigaciones Oceanológicas Universidad Autónoma de Baja California Apartado postal 453 Ensenada, Baja California, México
’ Naval Command Control and Otean Surveillance Center RDT&E Div., Code D36l San Diego, CA 92 152, USA ’ Centro de Investigación
Científica y de Educación Superior de Ensenada Apartado postal 2732 Ensenada, Baja California, México ’ Sea Space Inc. San Diego, CA 92 126. USA
Recibido en junio de 1996; aceptado en noviembre de 1996 RESUMEN La viabilidad de estimar la presión parcial del bióxido de carbono (PCO;) utilizando mediciones superficiales de pH, temperatura, salinidad y alcalinidad específica se probó en el Golfo de California. El PC02 también fue calculado utilizando la temperatura superficial del agua de mar obtenida de imágenes de satélite (SST), aplicándoles la relación pH-temperatura de las mediciones continuas, Los valores de pH y PCO* se correlacionaron con las principales características termales del área estudiada. Los valores estimados de PCO, para la parte sur, más tibia. del golfo estuvieron aproximadamente entre 30 y 40 uatm más altos que lo esperado en aguas superficiales en equilibrio (cn. 356 uatm). Se encontraron valores máximos de PCO, en la región entre las grandes islas. Para los 700 km de recorrido. se encontró una correlación positiva entre el pH y la temperatura medida in situ y la SST. Para la zona sur. hubo una correlación negativa entre el logaritmo de la concentración de pigmentos fotosintéticos de satélite (IogP) y el pH y la temperatura. El IogP no se correlacionó con las demás variables en la zona fría. Se discute la viabilidad de usar “barcos de oportunidad” para medir la temperatura y el pH como parte de programas de monitoreo del PCO, a gran escala. Palabras che:
Golfo de California, pH, PCO,. imágenes de satélite
C’ir~cias ,‘Marinas, Vol. 23, No. I, 1997
ABSTRACT The feasibility of estimating the partial pressure of CO, (PCO,) from underway measurements of sea-surface temperature, pH, salinity and specific alkalinity was tested in the Gulf of California; PCO, was also estimated from satellite-obtained sea-surface temperature (SST) by applying the pH-temperature relationship of the underway data to the imagery. The pI1 and PCO, values were correlated with the majar thermal features of the area studied. At the southern, warmer end of the gulf. estimated PCO* values are approximately 30 to 40 patm above an expected surface equilibrium value of ca. 356 patm. Maximum PC02 values of about 550 uatm were found in the region of the midriff islands. For the 700-km transect, positive correlations were found between pH, in situ measured temperature (IST) and SST. For the warm zone, there was also a negative correlation between satellite-derived pigment (IogP) and pH and temperature. LogP did not correlate with the other variables in the cold zone. The feasibility of using “ships of opportunity” to monitor pH and surface temperature as part of a world-wide PCO, monitoring program is discussed. Key wovds: Gulfof
California, pH, PCO*, satellite imagery
INTRODUCCIÓN
INTRODUCTION
Se ha sugerido con frecuencia el uso de las imágenes de satélite como una herramienta para monitorear los flujos de CO, (Park et al., 1990; Watson et ul., 1991; Stephens et al., 1995). Dichos monitoreos dependen de un modelo sencillo pero efectivo de flujos de CO, a través de la interfase aire-mar (Liss. 1973), el cual predice que los flttjos (F) están dados por el producto del coeficiente de transferencia n\, y el gradiente del CO, a través de la interfase:
The use of satellites to monitor the CO, flux at the surface ofthe world ocean has been suggested frequently (Park et ul., 1990; Watson el al., 199 1; Stephcns et al., 1995). Such monitoring depends on a simple but relatively effective model of the CO, flux across the air-sea interface (Liss, 1973). which predicts that the flux (F) is given by the product of the transfer coefficient K,, and the CO, gradient across the interface, ic.:
F‘ = .Y,, ACO,
I; = K,, ACO,
(1)
donde K,, depende de la temperatura y de la velocidad del viento, las cuales pueden ser medidas mediante imágenes de satélite (Etcheto y Merlivat, 1988, 1989). La concentración atmosférica de CO, se ha supuesto constante en espacios relativamente grandes (Keeling, 1968; Tans et al.. 1990), lo que permite que el flujo de CO, se pueda calcular de la presión parcial del gas (PCO,) en la superficie del agua. medida directamente o calculada de los componentes del carbono inorgánico. El PC02 puede ser calculado de las imágenes de satélite estableciendo la relación entre sus valores medidos en el campo y las temperaturas superficiales derivadas de satélite (Stephens pt al., 1995). En áreas oceánicas oligotróficas, la relación PCO,-temperatura sigue procesos fisicoquímicos predecibles (Weiss et d.. 1982); sin embargo, esta relación es
(1)
where K,, depends on temperature and the wind velocity, both measurable from satellites (Etcheto and Merlivat, 1988, 1989). Since the CO, atmospheric concentration can be assumed to be nearly constant over relativcly large areas (Keeling, 1968; Tans et al., 1990). to cstimate the air-sea CO, flux we only need to know the partial pressure of dissolved CO, gas (PCO,) in surface waters, either measured directly or computed from the components of inorganic carbon. The PCO, may be calculated from satellitc imagery by establishing the relationship between tield measurements of PCOZ values and satellite-obtained sea-surface temperaturc (Stephens et al., 1995). While in oligotrophic oceanic areas the PCO,-temperature relationship follows predictable physico-chcmical phenomena (Weiss et al.. 1982). the relationship
2
/itino
L ariahle
cn
talcs como
: listimacl0n
el iii
dc I’C’O, usando mediciones
Arcas si~,jetüs ä l’¿~r~aniicntos físicos.
hecomcs
tormcnta5
el
ph>,sical Iòrcing,
SC
evcnts
5 surgcncias
(M’atson
1991: Stcphcns et (ll.. 1995). Además.
u/..
sspcra
una variabilidad
actividad que
biol6gica.
la relación
eufiitica
en Lonas su,jetas a la
organismos
marinos
19X8). I.as predicciones (‘(IL
derivadas
de imjgenes
I’CO,-tcmpcratura.
(Zirino
el (II..
de satClite depen-
muy costoso
la PCO,
lite cs calcular superficiales
a partir
LI/. (1980).
de imágenes
la PCO,
mediante
directas de pli.
nidad específica.
Dc acuerdo
la última
imagery
cillos
“paquetes
y tcmpcratura
cn “barcos cuidados mación
cl pH,
superficial.
se pondrían
sin necesidad
Esto nos ofrecería requerida
dc temperatura
y color
fotosintéticos.
la concentración
de fitoplancton
ficiales
principal lidad
discretas
la PUI2
y color.
salinidad.
conocidas
temperatura medidas El
en áreas
oh,jetivo
estudios tificadas.
muy
El golfo
According
to usxss cquippcd
“instrumcnt
on “ships
known.
simple.
In
therehy
la relade de
bien estra-
así como áreas con fuertes surgencias
wc
in
(specitic
known
for
was
samples).
mixed
the feasibility satcllite
using
lield
mcasurcments
in a dynamicall)
of California.
because it contains or “jets”.
active
tcmpcrature
stratilied
comparable
to
gradients
have
in
is idcal
‘l‘hus. pigment
and surfacc
produc-
relationship
up\scllinp
of area
is to examine
The gulf
of
tempera-
rate of biological
as areas of strong
plumes
from
objective
both
Thc second objective
studl,
measured
from
its high
of
layer
measurc-
The main
is to determine
I’CO,
pl l-temperature-pigment
well
a measure
the
and pH at thc sca sur-
alkalinity
surface
and color.
tivity. Gulf
includcd
and color calcu-
et 01.. 1982). and continuous
discrete
for
a set of
which
concentration.
of temperature
face
providing required
collected
temperature
ments
sea-
cost.
satellite-measured
biomass
auto-
may he put
coverage
of California.
pH and salinity.
primaria.
1985.
lated as pigment
The promise
and tcmpcrature
data in thc Gulf
phytoplankton
thc last
that record
at minimum
October
alkalinity.
unattendcd,
of opportunit}“.
monitoring
measurements
for large regions of the
packagcs”
surfacc pl 1. salinity
algo-
imagcr)
ef LI/. (1980).
surface and well
mated
the
satellite
and specific
constant
hcre is that relatively
KO,
generate
from dircct
salinity
one is virtually
estimating
y
anal>,sts and con-
to
to Takahashi
ture
es ideal para este tipo
program
PCO, from
KO,
surface
ob.jetivo
en el Golfo
la que cuenta con regiones
is to calculate
of this work
dinámicas
iit-sca
rclation-
many specially
approach
de
de
satellitc
on l’rcqucnt
ships, skilled
la viabi-
imágenes
es el investigar
pH-temperatura-clorofila
California.
con
dcpend
monitoring
rithms to estimate
(la
usando datos de campo de
por su alta productividad
El segundo ción
y
fueron
superticiales).
de calcular y
pH
super-
et
siderable expense.
(Smith
de
en la capa de
de este traba.¡« es determinar
temperatura pH
de
y la alcalinidad
muestras
calculado
una medida
et UI., 1982) y mediciones
continuas
salinidad
imágenes
(Zirino
of the KY),-teniperaturc
occanographic
infor-
datos en
que incluyen
como pigmentos mezcla (Smith
de
of the ratc 01‘
Iluscs lix)m
the spatial and temporal
a un costo muy ba.jo.
de California.
dc sattlite
la
en moni-
En octubre de 1985 se recolectaron el Gollò
sen-
que registran
espacial y temporal
toreos dc KO,
de los océanos.
acticc
CO,
clcarly
A global
ocean’s
virtual-
para aguas su-
instrumentales”.
de oportunidad”,
sofisticados.
et
con Takahashi
rcpioncs
y automáticos.
salinidad
will
of
CO, flux may require
of ptl,
y alcali-
es considerada
en amplias
De esta forma.
de saté-
mediciones
salinidad
mcntc constante y hien conocida perficiales
in biologicall)
prediction
Another para
zone is a function
arcas. I’hc accu-
> dc analistas experimentados. Otra manera de generar los algoritmos
et ci/..
relationship
variable rate
ship.
especializado
Stcphcns
to hc tcmporall)
de monitoreo
caciones con equipo
et ~1.. 1991;
strong
up\\clling
and
LI/., 1988). it is also expccted
Un programa
de muchas embar-
sul>,ject to
net COZ uptakc by marine organisms
verilicalions
dc la disponibilidad
estimar
(Watson
de la relaci6n
los Ilu.jos de COL podría
in arcas
such as htorms
1995). Since the I’CO+mperaturc
tiecucntc
para evaluar
rcqucrir
neta del
oxactas de los tlu.jos dc
dcrán dc la ccrificaci6n global
en la zona
dc la asimilaci6n
\ ariablc
in thc euphotic
Ja que SC ha encontrado
I’C:C),-tctnperatura
cs función
COL por
dc pll c imúgcncs de sattilite
the the
for this
regions
as
and coastal concentration
a largc
Iòund
ovcr
range. much
C‘ic,l?c,/c/.Y .lltrYo?a.s. Vo]. 23. No. 1. 1997
y Icnpuctas
costeras o chorros.
la concentración la
tcmpcratura
intervalo,
supcrlicial
comparable
cn distancias obtenidos
DC esta manera.
largcr
fotosintéticos
uniquc
dc pigmentos
ticncn
un
a diferencias
occanicas
y
proccsscs
should
also
tropical de California
del
noroeste
oriental
generan
en invierno
los vientos
surgencias
y primavera.
la costa occidental
en verano.
del golfo, grandes lig.
principalmente islas (Tiburón
parable
a la de surgencias California
o del
una serie de cuencas y trincheras, hacia
por
transversa&
puede dividirse
rcnciadas: umbral
Gaxiola-Castro fundidad
ef al..
Koden,
en el umbral
Baja
into a to the
iiom
each other hy trans-
1950: Álvarez-Borrego. the gulf
into two clearly gulf,
north
1941;
of
the
parts: thc
southern
1964:
1978). Maximum
sill (Sccrdrup.
450 m (Rusnak
ef LI/., 1964) and therc-
waters
midriff
peraturas golfo
asociados
sc encuentran
con
superficiales
(Robinson,
ecuatorial.
En esa
peratures
las tcm-
mas ba.jas de todo
abierta con el Pacífico, termohalina
la misma
cl
causadas por
la evaporación
con
precipitación
(Svcrdrup.
Roden.
the wholc
tion
at the
centration
cntrancc.
of the southcrn
excceding
Roden.
1964).
1964).
of‘ thc
are persistcntly
dcpths greater than Thc gulf
thcrmohaline
is basically
equatorial
f’acilic.
thc with
at the surfacc causcd hy evaporaprecipitation
(Svcrdrup.
Satellite-derived
has bccn used to divide
regions (Santamaría-del
4
gulf
with
m
modifications
a la
are strongly
is open to the f’acific.
same as that
en la superficie
1941;
of
islands
The Iowest surface tem1970). Thc southcrn gulf
structure
del sur del golfo
que excede
between
found here (Robinson, 3.000
que la del PaciJico
con modificaciones
near thc
mixed by tidal motion.
mayores que 3.000 m en la entra-
da. I,a estructura es básicamente
de
1970). La parte sur del golfo
tiene comunicación profundidades
las marcas.
persistentemente
al..
,...II’ ‘r-L. Dalrclkm LLILLIIIIGIdII” LLIC; >UULllClllgllll. 1IIC
J.as aguas aledañas a las grandes islas
fenómenos
ct
dcpth of this sill is approxi-
del golfo.
zona
01’
and the
Gaxiola-Castro
dcepcr circulation .._.,l
por el efecto
sill
Basin or Ballenas Channel.
Roden,
mately
may be di-
differentiated
forc limits the ,>_ll ._.._ I’L...._..l
mezcladas
and
I ).
450 m (Rusnak et ul., 1964) y, por tanto, limita 1.. ..:“_..1__:-_ ._&“. .1 I-^_..I .I. n^ll.~_^” . .I ,...Id LIIL”ldLI”II CIILIC Cl ~dlldl “c; D¿lIICIILLSy ZI 3UL están fuertemente
North
1969: /íIv arez-Borrego
southern gulf. to the South ofthc
es de aproximadamente
or
is dividcd
Salsipuedes
pro-
areas otf
California
dcepening
northern
1964;
1978). La m‘axima
are
to those in areas such as
1983). Hydrographically,
de la cuenca
1).
in thc gull‘
thc gulf
vided
el
o Canal de Ballenas y otra al sur 1941:
of
(Zeitzschel, 199
islands lig.
and the upwclling
verse ridges (Shepard.
en dos partes bien dife-
(Sverdrup,
productivity
South and separated
1950:
IJidrográJicamente,
Tidal
in the northcrn
de la Guardia:
Topographically. en
upwclling
summer.
series of‘ basins and trcnches.
1991).
(Shepard,
Ángel
coast
Lara-Lara,
(Zeitzschel,
con profundi-
una al norte del umbral
de Salsipuedcs del
Africa
la parte sur y separadas
1983).
west
upwclling
in the rcgion of the midriff
and
thc Bay of Bengal the
a aubproduc-
and spring.
cause
during strong
high and compardbJe
y
drice wintcr
winds
coast
Rates of primary
es alta, com-
y Lara-Lara,
winds
is cxccptionally
(Tiburón
de las
de Bengala
west
gult; mainly
por
el golfo está dividido
dades mayores
rcsults marine
rcprcscnts
the east coast during
mixing
en
de la Guarda;
de África
Topográticamcnte.
golfo
thc
de la costa oeste de Ba.ja
1969; Álvarez-Borrego
cordilleras
southwcsterly
along
La mezcla
la Bahía
norte
Alvarez-Borrego.
whilc
que
fuerte en el norte
primaria
a áreas como
en la costa mientras
y Ángel
Northwestcrly
along
en la región
1). La productividad
ot‘ California
Los vrientos
causan surgcncias
mareas cs extraordinariamente
Ihc othcr
arca with high rates of primary
tivity.
es un área subtropiprimaria.
del suroeste
to
OF STUDY
‘l‘he Gulf
DE ESTUDIO
I-1 Golfo
applicahlc
is a
hydro-
environmcnts. AREA
cal con alta productividad
indio idual
~~I~III~II.
are
bc
thc giill‘
Whilc
the
a otros ambien-
tcs marinos.
ÁREA
distanccs.
cnvironment.
graphic
amplio
encontradas
grandes. Los resultados
pueden ser aplicables
occanic
pigmcnt
1941: con-
the gulf
Ángel et trl.
I994a).
into to
/irino
uj : I_strmacion
ct
dc I’C‘O, usando mcdicioncs
del barco Ddteiguer
Figura 1. Trayectoria
cn el Golfo
de pl
I c imrigcnchdc saktlitc
de California.
del 27 al 29 de octubre
de
1985.
Figure 1. Guise track of the DeSteiguer Idas concentraciones satclitc regiones para
estudiar
el efecto
ricos
la formación en
1994x
Angel
Opalo
Ángel
October 27-29.
derivadas
de
study the effect of El Niño
el golfo
en
del
para dividir
(Santamaría-del
(Santamaría-del estudiar
dc pigmentos
SC han utilizado
in the Gulf of California.
el nl.,
de eventos
1994a), El
Niño
Ángel
formation
et nl.. of varve
silica (Thunell
events (Santamaría-
1994b).
and
sediments
de sedimentos
biogenico
laminados et
(Thunell
el al.. 1994a, b).
METHODOLOGY Data mere collcctcd
METODOLOGíA
gación
during
datos
Ccntcr
(NOSC,
v,estigación
Iùcron
recolectados
en la expe-
I del Navjaf Otean San Diego)
Cicntifica
Systems
Científica
1’ de Educación
y el Centro
y de Educación
de ln-
Superior
SOMAI’
tion to the Gulf of California. to November continuous
the combined
S) stems CcntcriCentro
Ensenada (NOSCICICESE) SOMAP
thc
al., Naval Otean
los
to study
rich in biogenic
et al.. 1994b) y para
b).
dición
1985.
tiom
22, 1985. 13eginning measurements
of pf
de lnvestiSuperior
dc
I cxpediOctober Octoher
20 27.
I and tcmpcra-
ture were made on the USNS DeStelguer
along
(‘iencrtrs
dc
linscnada
(CICESI:).
a bordo
cn cl Golfo
Dc.S~er,~urr.
octubre
al 22 dc novicmbrc
octubre
SC iniciaron
pll
y tcmpcratura
del
de California.
transccto
USNS
del 20 de
continuas
a lo largo de un transecto
constante
de Il.0
lanzó un XBT
+ 0.1 nudos.
gran actividad
de ondas
constant
de
I lourly
XBTs
Station ity
casi
data will
1994).
internas,
solo mencionaremos
oscilaciones
de la termoclina
(Gaxiola-Castro, Mazatlán.
of which
de hasta 50 m
ncar the A-B
ocupando
DeSteiguer
124-132
the
stations
graphic
21 estaciones hidrográficas Las estaciones
se localizaron
119, 120,
which from of
CTD
arriba de los 500 m en cada estación.
El
(and other properties
CTD
se equipó
hidrográficas
Underway
a 0, 10. 20. 30, 40,
with
alcalinidad
se usó para salinidad,
(y otras variables
este trabajo).
Para las mediciones
referente, stream
calibrado.
por fuera del casco del barco.
trodo
Corning
HgiHgCI,.
se utilizó
de pH se utilizó
No.
476223
Las mediciones
en un flujo
continuo
de
de agua de mar y los
y Zirino
El agua de mar de la llave
(1988).
húmedo
la toma
casco como
en trabajos
25°C
1988).
El
utilizando
directa
previos
electrodo
una
desde
en agua de mar sintética 1994).
I.a pendiente
con amortiguadores
of
a Corning
electrode
seawater
the
(1988).
was
and not a direct work
which
recordcd
and Zirino
Calibration
476223 HgitlgCI,
through
flowed.
by Fuhrmann
No.
with
(1988).
a as
The
tap in the hull pcnetra-
(Fuhrmann
and
of the electrode
of
del
Tris
re-
(hydroxymethyl)-aminomethane
and HCI in synthetic
and Goyet,
1994).
seawater
Because
only
y
accepted buffer
calibrado
a
surements, the slope of the electrode
(Dickson
mined
with
y Goyet.
seawater buffers
ture, manifold perature
dos por Smith y Hood (1964).
Esto se debió a
20
que en el tiempo
se hicieron
(1988).
las
6
was deter-
developed
earlier
( 1964).
Thermistor-measured
fue medida
(Dickson
one widely
existed at the time of the mea-
by Smith and Hood
de agua de mar desarrollaen el que
was measured
placed outsidc
placed in a manifold
laboratory
(Tris)
(Tris) y HCI
del electrodo
thermistor
as in our previous
tion
amortiguadora
Tris (hydroxymetil)-aminometano
not used for this work).
(Fuhrmann
fue
solución
and alkalinity
sponse was effected at 25°C using a buffer solu-
fuente y fuera
‘l‘he
hydro-
was uscd for
pH
of w’ater was the saltwatcr
Zirino
Fuhrmann
se usó como
no se hizo Zirino,
“wet” tion
como lo describen
del laboratorio
source
de pH se realizaron
datos se grabaron
casts
at 0. 10. 20.
the bottles
glass
of
described un clec-
con referencia
I .7-liter
tcmperature
response
combination
un termistor
de temperatura
En la medición
en
superficiales
continuas
were
I ). C’l’D
wcre tilled
salinity.
surface
a calibrated The
pH y
no utilizadas
to
hull. just below the water linc.
50. 60. 80. 100, 150. 250 y 350 ó 500 m. EI agua de las botellas
(fig.
with twelve
determinations
dc 1.7 litros, y se recolectó
returned
500 m at each station.
500 m. Water
con doce botellas
(Gaxiola-Castro.
30, 40, 50, 60, 80, 100. 150. 250 and 350 or
cerca de la ruta
1). Se realizaron
here other
large (up to 50 m)
119, 120. 123, 124-132
de
(tig.
the interna1 wave
DeSteijyrer
lances someros
A-B
on thc
tide) and occu-
in detail
cruise track
bottles
wavc activ-
2 I stations along thc way,
CTD was equipped
a
regresó
29 (spring
occupying
que registramos
knots.
1984). was reached
were made above
el
a lo largo del camino. 123.
Mazatlán.
1994).
Posteriormente.
+ 0. I
to approximatcly
of the thermoclinc
Thereafter,
no
las ondas
A
samples were takcn.
not be discussed
oscillations
station
13 (29”OO’N.
Il.0
than to say that we recorded
con mareas vivas, y fue ocupada en este trabajo
of
dropped
pied for two days. Ilowever,
250 m.
(Fu y Ilolt,
los datos que describen
speed wcrc
of October
1984). Sc llegó a esta estación en la mañana del por dos días. Sin embargo.
from
station
I ). ‘I‘hc transect took 43 h at a
(Fu and IIolt.
29 de octubre, discutiremos
to
B. a site of intcnse intcrnal
morning
por ser un sitio con internas
extending
250 m and surface salinity
a
Cada hora SC
hasta aproximadamente
La estación B se caracterizó
lOX”44’W)
ncarly
I ). El
se realizo en 43 h a una velocidad
transect
(24”28’N.
de
108”44’0)
I 13”‘OO’O) (fig.
B (29”OO’N.
a 700-km
1 13”OO’W) (íìg.
de 19X5. El 27 de
mediciones
700 km. dc la estación A (24”28’N, la estacion
Val. 23. No. 1. 1997
.\Itrr/nrrs.
sea-surfacc
temperature
tempera-
and laboratory
tem-
mere also logged on board ship every
s as described For analysis.
in
Fuhrmann IO-point
and Zirino
averages
were
Zirino ct crl.: Estimación
de PCO, usando mediciones
mediciones, eran las únicas soluciones amortiguadoras aceptadas ampliamente. La temperatura superficial medida con termistor (IST), la del agua para medición de pH y la temperatura ambiental del laboratorio fueron grabadas cada 20 s según lo descrito en Fuhrmann y Zirino (1988). En el procesado se obtuvo un valor promedio de cada 10 puntos, que corresponde a un tiempo de recorrido de 3 min 20 s. Se capturaron un total de 586 valores promedio de la estación A a la B. La alcalinidad fue medida a bordo mediante titulaciones potenciométricas directas con IICI 0.02 N y una bureta automática Radiometer, modelo TT85. La precisión de las titulaciones fue 0.1% (una o). Se estandarizó cl IfCl contra una solución de Na,CO, de 1.1256 molikg en NaCI 0.7 M. La exactitud fue me,jor que 0.5% y se estimó con titulaciones de soluciones de bicarbonato preparadas por otros laboratorios. La salinidad se midió a bordo con un salinómetro Guildline Instrument, calibrado con agua de mar estándar (IAPSO). Las imágenes de temperatura del AVHRR, orbitando a bordo del satélite NOAA-9, se obtuvieron de la Institución Scripps de Oceanografía. El AVHRR cuenta con cinco canales: 0.6, 0.9, 3.7, Il.0 y 12 Pm. La imagen de la temperatura superficial (SST) se produjo a partir de los canales segundo, cuarto y quinto, en el pase del 24 de octubre de 1985 (2:30 p.m. hora local). El procesado de la imagen incluyó la localización geográfica precisa. calibración radiométrica. y corrección atmosférica y por nubes, usando una técnica similar a la descrita por McClain et al. (1987). Los datos del Coastal Zone Color Scanner (CZCS) se procesaron con el algoritmo de Gordon et al. (1983). para eliminar el efecto de Rayleigh y aerosoles, asi como estimar la concentración de pigmentos mediante la razón corregida azul/verde. La imagen del AVHRR y la del CZCS (graficada como IogP, logaritmo base 10 de la concentración de pigmentos fotosintéticos) se presentan en la fig. 2. El trayecto del muestreo se muestra en estas imágenes. El pH se calculó a 25°C usando el procedimiento descrito por Fuhrmann y Zirino (1988).
de pi I c imágenes de satélite
calculated, providing a mean value for ever) 3 min 20 s of transit time. From station A to 13, a total of 586 points were computed. rcpresenting a total of 585 equal-length segments. Alkalinity was measured aboard ship by direct potentiometric titration with 0.02 N I ICI, using a Radiometer Model TT85 automatic burette. The precision of the titration was measured to be 0.1% (one 0). The HCI was standardized against a solution of 1.1256 molikg Na,CO, in 0.7 M NaCI. Accuracy was estimated to be better than 0.5% by titration ofother laboratory-prepared bicarbonate solutions. Salinity was measured with a shipboard salinometer (Guildline Instruments). calibrated against standard seawater (IAPSO). During SOMAP 1, AVHRR imaging sensor data were acquired from the NOAA-9 polar orbiting weather satellite, using the reception capability of the Satellite-Oceanography Facility at the Scripps Institution of Oceanography. The AVHRR is a l-km, 5-channel instrument, with channels at 0.6, 0.9. 3.7, Il.0 and 12.0 Pm. A daytime image of sea-surface temperature (SST) was produced from the second, fourth and fifth AVHRR channel data. for an overpass on October 24, 1985 (2:30 p.m. local time). Processing stages included navigation. radiometric calibration, cloud-screening and atmospheric correction (using techniqucs similar to those described in McClain et al., 1987), follow,ed by registration to a simple map pro.jection. Visible radiante data from the NIMBUS-7 satellite’s Coastal Zone Color Scanner (CZCS) were processed with an algorithm based on Gordon et al. (1983). to remove effects of Rayleigh and aerosol scattering and to derive pigment concentrations from corrected blue/green ratios. The AVHRR image and the CZCS image (plotted as IogP, the base 10 logarithm of the computed pigment concentration) have been combined in fig. 2. The cruise track has been added to the image. The pH was computed at 25°C from the response of the glass electrode using the procedure described by Fuhrmann and Zirino (1988). PCO, at 25°C and one atmosphere was calculated from pH and specific alkalinity using the
C‘iencirrs .tfwinm.
Val. 23. No. I 1997
Figura 2. Imágenes del sensor AVHRR (izquierda) y del CZCS (derecha) del Golfo de California, tomadas el 24 de octubre de 1985. En la imagen de infrarrojo, los tonos claros caracterizan las temperaturas más frías; en la imagen de color, los tonos más claros caracterizan las concentraciones más altas de pigmentos fotosintéticos. Los pigmentos están en la escala logarítmica. La línea recta indica la trayectoria del barco. Figure 2. AVHRR (left) and CZCS (right) images of the Gulf of California taken on October 24. 1985. In the IR image, lighter shades denote colder temperatures; in the pigment image, lighter shades denote higher chlorophyll concentrations. Pigment is on a logarithmic scale. The straight line is the cruise track.
La PCO, a 25°C y a una atmósfera se calculó a partir del pH y la alcalinidad específica usando las ecuaciones de Park (1969) y las constantes de Weiss (1974) Hansson (1973), Mehrbach et al. (1973) y Dickson (1990a, b), como lo presentaron Clayton et al. (1995). Con las
expressions given by Park (1969) and the constants of Weiss (1974). Hansson (1973) Mehrbach et al. (1973) and Dickson ( 1990a, b), as presented in Clayton et al. (1995). With T = 25°C S = 35 ppt, specitic alkalinity = 0.1190, and PCO, = 356.0 patm, the above
8
ccuacioncs pl
S = 35%. 1’1‘0,
SC calculó
antcrlorcs.
I cn equilibrio
de 8.080.
alcalinidad
equations
un baloi- de
con
I‘
especílica
= 25°C‘.
RESULTS
AND
de la SST y el IogP (fig.
a las estructuras
kiamente
cn
el
primavera
(Badan-Dangon
cl ol..
1088).
IogP
invierno
con excepción
hasta la entrada
zona
observar
y cl IogP
dc Isla Tiburón.
Tiburón
con la cordillera
Los patrones
cos grandes y profundos
with
IogP
water
que limita regidos
patterns
con el Océano
remolinos
nos están formadas
por lenguetas
de
de las costas.
se combinaron
y de pH (a 25°C) octubre
(fig.
una transición las frías
obtenidos
3). Todas
aproximadamente
en escalas grandes
una covariación pll
de las cuatro
correlacionado
Entre presentó
los 80 y
una depresión oriental,
km
along
the
between
than
and
550
coincides
large-scale
all four profiles
SST to pH,
A depression
value corrc-
appears to
correlated
se
fría originada
to IogP.
of a coastal
does not
between
80
due to thc DeSteigtlev’s plume
uhich
v,as origi-
near Topolobampo
(figs. 2. 3). This depression
is also secn in SST,
plume,
9
IogP
nated f’rom thc mainland. but it is smaller
de Topolobampo
while
in IST. occurring
and 120 km, is clearly crossing
A.
thc
upwclled
between
track
pH inversely
lated
del punto
bctween
with the peak or maximum
appear to be correlated.
de la IST debida a que cerca
560
con el
cl f>eS/elgzlev cruzó una Icngueta en la costa
the transition
con el
con el IogP.
120 km
show
warm waters and the colder
inversa
con el pH que la SST. mientras
que no hubo correlación
on
In the cold water, IST appears to be more corre-
IogP. En las aguas frías, el IST se presentó más correlacionado
profiles
from October
variables.
de manera
A-B
with the ship’s (at
be good. with
hay
in
et (II., 1988).
3).
spondence
de
the hugs
coast. This zone is also visible
for IogP. In the warm water.
entre 550 y 560 km al norte
En aguas tibias,
with
zone uhich
and pll
approximately
IogP.
to SS’I‘ patterns,
waters that occurs approximately
ocurre
the lo@->
27 to 29 (íig.
del sur y
con el valor máximo
form
(1%‘)
and
del punto A y coincide
to
As mcntioned.
in situ measured temperature
muestran
Esta transición
coasts
of a high pigment
southern
del 27 al 29 de
entre las aguas tibias
de surgencia.
the
of cold
25°C) obtained All
con los de IST
las gráficas
from
along
or “,jcts”
October 24 have been combined
Los datos de SST y IogP del transecto A-B, del 24 de octubre,
Icad to large.
The SST and logP data for track
de los remolio chorros
and exchanges
which
Plumes
the 198 1 imagery (Zirino
y surgencias a lo largo
Las fronteras
is the
Basin.
eddies and upwelling
are similar
the mainland
anticiclóni-
South and
ridge which
solar heating Otean,
oí’ thc cddies.
cxception
01
are causcd by intense íòrcing
coast.
stream
boundaries
south
howcvcr.
100 km furthcr
deep, anti-cyclonic
submarina
just
of the Guaymas
the Pacific
the mainland
dc la costa oriental. agua tiía provenientes
boundary
from tides. winds.
intenso de la marea. el vien-
cl cual produce
SST and
maximum,
a submarinc
Thc patterns
de sur a
dc SST y IogP estin
occurring
The logl’
with
I OO km hacia cl sur 5
to, el calor solar y el intercambio Pacifico.
Island.
northern
la parte norte de la cuenca de Guaymas. por cl Iòrzamicnto
temperatures
coincides
en las
el máximo
Island to thc
peninsula.
images (tig. 3). SST decrcases
occurs approximately
mas frías ,justo al sur
Sin embargo,
aproximadamente
coincide
del golfo.
se incrementó
norte. con las tcmpcraturas ocurrió
coldest
et al., 1988). La SS’1
imágenes de 19x1 (Zirino disminuyó
ob-
r/ trl.. 19X5;
and IogP increases from South to north. ~cith thc
similares
también
(Badan-Dangon
et LI/, 1988). I:rom ‘I‘iburOn
IogP trace mirror
aledaña a la costa oriental.
se puede
spring structurcs
tip of the Baja California
de la zona de altas concentra-
cioncs dc pigmentos lista
Zirino
prede la
de la SST y del
de variación
and earl\
scrvcd prcb iously
2)
cf cl/.. 1985: Zirino
patrones
desde Isla Tiburón
encontradas
5 principios
Las imágenes
prcscntan
ot
(liy. 2) are
01‘ SS’I’ and logl’
similar to winter son similares
pl I \aluc
DISCUSSION
‘l’he pattcrns
Y DISCUSIÓN
Los patrones
an cquilibrium
= 0.1 IYO. )
- 356.0 patm.
RESULTADOS
compute
X.080.
pll
and shifted
is somewhat
in space. In the
elevated
over
that ot
(‘/er~ra.s .\larina.s. Vol. 23. No. I 1997
0
A
30
8.1 I a
8.0 7.9 7%
Distancia (Km)
Figura 3. Series espaciotemporales de IogP (logaritmo de la concentración de pigmentos fotosintéticos), temperatura superfícial derivada de la imagen de IR (SST), temperatura superficial in situ (IST) y pH a 25°C. Figure 3. Time-space series of IogP (log pigment concentration), sea-surface temperaturc derived from the IR image (SST), rn situ sea-surface temperature measured by hull-mounted probe (IST), and pH at 25°C. (Iìgs. 2, 3). Esta depresión se observa también en la SST, pero es más pequena y desplazada con respecto a la de IST. El pH es mayor en la lengueta que en las aguas aledañas. y está inversamente correlacionado con la temperatura y de manera directa con el IogP (tig. 3). Esta relación entre las variables nunca la habíamos observado a gran escala (>lOO km), pero es idéntica a la observación hecha por Zirino J
the surrounding waters. is inverscly related to temperature and is directly relatcd to IogP (tig. 3). This relationship among variables has never been observed by us on large spatial scales (>lOO km), but it is identical to an observation made in the warm waters of the Gulf of California by Zirino and Lieberman (1985) and to observations of plumes off northern California made by Abbott and Zion (1985).
10
Zirino
et 01.: Estimación de PCO, usando mediciones
Lieberman (3985) en el golfo y a las observaciones de lenguetas frente a California norte hechas por Abbott y Zion (1985). Se hicieron análisis de correlación para las cuatro variables mostradas en la fig. 3. Se encontró una alta correlación del pH con la IST (R = 0.92) y con la SST (R = 0.87). pero fue menor con el IogP (Ii = -0.71) (tabla 1). El agregarle IogP a la temperatura en una regresión con dos variables independientes, no mejoró significativamente el a.juste. Las gráficas de IogP VS SST, pH VS SST, pH VS IST y IogP VS pl-l muestran que los datos forman dos grupos (tig. 4a, b, c, d), con un cambio de pendiente aproximadamente a 25.5”C cuando se grafica contra SST y a 23.5”C cuando se grafica contra IST. Esto posiblemente ocurrió porque las mediciones de la embarcación en la mañana del 29 de octubre eran aproximadamente 2°C más bajas que la temperatura de la imagen del 24 de octubre. Esta
de pl I c imágenes de satelitc
Correlation analysis was performed for the four variables shown in tig. 3. It was found that pH is highly correlated to IST (R = 0.92). SST (li = 0.87) and less so to IogP (R = -0.71) (table 1). Addition of IogP to temperature in a twocomponent regression did not signiticantly improve the fìt. indicating that IogP did not contribute sufficient independent information. Scatter plots of IogP VS SST, pH VS SST, pH VS IST and IogP VS pH show that the data cluster into two groups (tig. 4a, b, c, d), with a break at approximately 25.5”C when plotted against SST and a break at approximately 23.5”C when plotted against IS’I‘. Possibly, this occurs because the cold-water zone measured on the ship on the morning of October 29 is approximately 2°C colder than the cold-water temperature recorded on the image on October 24. This difference can be attributed to deeper. colder water reaching the surface during the spring tide of the 29th. Another explanation is that the accuracy of the AVHRR may give two or more degrees of difference from in situ measurements; furthermore, we are comparing somewhat different spatial scales. For both IST and SST, the “break” is at the same location, at the northern edge of the Guaymas basin. Cluster analysis (Sokal and Rohlf, 1981) confirmed that the data for each pair of variables fell into two distinct clusters that coincided with the warm and cold zones. Correlation coefficients obtained from a regression analysis of the four variables (SST, IST, pH and IogP) in each zone are shown in table 2. A separate examination of each zone indicates that pH is highly correlated to the other variables in the warm zone, whereas in the cold area, pH is poorly correlated to SST and not correlated at all to IogP. The pooled results of the shipboard analysis of 177 alkalinity samples from stations ll9 to 132 show that specific alkalinity for surface and near-surface waters had a mean value of 0.119 tr 0.001 (one o) and, as expected. increased slightly with depth. The error in PCO,, produced by the cumulative standard error in the average salinity (35.183 ? 0.024) and specitic alkalinity (0.1191 * 0.0010). is *4 uatm (one cr).
diferencia se puede atribuir a la mezcla de aguas superficiales con aguas profundas y frías que ocurrió durante las mareas vivas del 29 de octubre. Otra explicación es que la exactitud del AVHRR puede generar dos o más grados de diferencia con respecto a las mediciones in situ; más aún, estamos comparando escalas de espacio ligeramente diferentes. El cambio de pendiente ocurrió en la parte norte de la cuenca de Guaymas, coincidiendo para la IST y la SST. El análisis de conglomerados (Sokal y Rohlf. 1981) confirmó que los datos para cada par de variables se agruparon en dos conjuntos que coincidieron con las zonas tibia y fría. Se estimaron los coeficientes de correlación de las cuatro variables (SST, IST, pH y IogP) para cada zona (tabla 2). Un examen separado de cada zona muestra que el pH tiene una alta correlación con las otras variables en la zona tibia, mientras que para la zona fría, está pobremente correlacionado con la SST y no se correlaciona con el IogP. Los análisis de 177 muestras de las estaciones 1 19 a 132 muestran que la alcalinidad específica de las aguas superficiales y cerca de la superficie tiene un valor promedio de 0. Il9 + 0.001 (una (3) y que se incrementó ligeramente con la profundidad.
ll
~‘iencius ,WaMarinas. Val. 23. No. 1, 1997
Tabla 1. Coeficientes de correlación entre los parámetros medidos entre las estaciones A y B (585 puntos), IST = temperatura superficial in situ; pH = pH calculado a 25°C: SST = temperatura superficial derivada del satélite (AVHRR); IogP = radiancia calculada como “logaritmo del pigmento”. Table 1. Correlation coefficients among parameters measured between stations A and B (585 points). IST = in situ sea-surface temperature; pH = pH computed at 25’C; SST = sea-surface temperature (AVHRR); IogP = upwelled radiante computed as “log pigment”. IST
PH
SST
IogP
IST
---__
-0.81
PH SST
0.92 --__-
0.94
0.92
-0.71
0.94
0.87
0.87 _____
IogP
-0.81
22
23
24
25
26
27
28
29
22
30
23
24
25
SST (“C)
-1 a,
J
29
30
D
,o F2
i
7.85
28
c
. .
0 -1
27
8.15
l
2
26
SST (“C)
1 __-
i
-0.86 _____
0.86
4.71
.
7.90
795
8.00
8.05
8.10
8.10 805 8.00
--
7.95
-
t >c
íü 1
a
8.15
18
..!”
20
9:.
22 SHIP’S
pH a 25 OC
24 TEMP
26
28
30
(“C)
Figura 4. (a) LogP VS temperature superficial (SST); (b) pH VS SST; (c) IogP VS pH: (d) pH VS temperature superficial in situ (ET). Figure 4. (a) LogP VS sea-surface temperature (SST); (b) pH VS SST; (c) IogP VS pH; (d) pH VS in situ sea-surface temperature (1ST).
12
%irino el trl
: Estimación de KO2 usando mediciones de pl I e imagenes dc satclite
Surface PCO, at 25°C on October 24 was also estimated from SST, using regressionderived relationships between pH at 25°C and IST. average surface salinity and specific alkalinity. Two linear relationships were obtained between pH and IST, one for the warm zone (R2 = 0.51) and one for the cold zone (R2 = 0.79):
El error en cl cálculo dc la PU),. producido por cl error cstandar acumulado en la salinidad promedio (35.183 f 0.024) y cn la alcalinidad específica (0. I 19 f 0.00 I ). es +4 uatm (una 0). La PU), superficial a 25°C del 24 de octubre se cstimó de la SST. usando las relaciones derivadas de las regresiones entre el pH a 25°C y la IST, y la alcalinidad específica y la salinidad superficial promedio. Se generaron dos relaciones lineales entre el pH y la IST, una para la zona tibia (R2 = 0.5 1) y otra para la zona fría (R* = 0.79): IO-’ Pl II,,,, =(9.1498f0.0416)x x (IST-23.5) + (X.050 & 0.0015) PFf,,,, = (44.35 16 $r 2.4929) x I 0 ’ x (IST-23.5) + (8.039 di 0.0053)
IO’ PH,,,,,,, =(9.149X~O.O416)x x (IST-23.5) + (8.050 + 0.0015)
(2)
pH,,,, = (44.35 16 f 2.4929) x 1O-’ x (IST-23.5) + (8.039 * 0.0053) (2)
(3)
Assuming that the pH-IST relationship holds for SST, the estimated total error in PCO, in the warm zone from all sources is approximately 10 patm (one (3). Similarly. the error in PC02 in the cold zone is approximately 20 patm. The temperature-corrected in situ PCO, values for both October 24 and 29 are shown in fig. 5. Over the entire track, actual PCO, (at the surface temperature) was estimated to be at least 30 to 40 patm higher in the seawater than in the atmosphere. Iiighest PCO, was about 550 patm, and it occurred in the area between Ángel de la Guarda and Tiburón islands (fig. 5) at spring tide, October 29. On October 24, PCO, appeared to be relatively uniform over the entire track at about 385 patm in the warm zone, dipping to about 375 uatm in the cold zone. The latter lower values could be due to the combined effect of degassing followed by phytoplankton photosynthesis, canceling the COZ peak associated with the surfacing of deep water. The large difference between October 29 and 24 cold-water values can be attributed to enhanced mixing associated with the spring tide on the 29th. For comparison, a high surface PCO, value of 435 patm for the Bering Sea was reported by Codispoti et al. (1982) for March 1980. They also reported that between April and May, PCO, decreased by about 200 uatm and estimated that the dominant control was by photosynthesis. Our ability to determine PCO, gradients is not limited by the precision of the actual pH
(3)
Suponiendo que la relación pH-IST funciona para la SST. el error total de PCO, en la zona tibia es de aproximadamente 10 patm (una cr). De manera similar, para la zona fría el error es de aproximadamente 20 patm. En el transecto A-B. la KO, superficial a temperatura in situ (tig. 5) fue por lo menos de 30 a 40 uatm más alta en el agua que en la atmósfera. Los más altos valores de PCO, superficial in situ se presentaron entre las islas Ángel de la Guarda y Tiburón, y fueron alrededor de 550 uatm el 29 de octubre con mareas vivas (fig. 5). El 24 de octubre, la PCO, se comportó relativamente uniforme en todo el transecto. con valores de 385 uatm en la zona tibia y disminuyendo ligeramente a 375 uatm en la zona fría. Estos últimos valores más bajos se pudieron deber al efecto combinado del flujo hacia la atmósfera y consumo por fotosíntesis. Las grandes diferencias encontradas entre el 29 y 24 de octubre se pueden atribuir a la intensa mezcla asociada con las mareas vivas el 29. Codispoti ef ul. (1982) reportaron valores de PCO, de 435 uatm en aguas superficiales del mar de Bering, para marzo de 1980. Ellos tambien reportaron que entre abril y mayo la PCO, disminuyó unas 200 patm e indicaron que se debió a la fotosíntesis. La habilidad de determinar gradientes de PCOI no está limitada por la precisión de las
13
(‘irncic~ :Wurinu.s. Val. 23. No. I 1997
600 -
1
l
550
1
500
l 4
,’ ::
,< #
. Limnol
Goyet,
the reaction HCl(aq)
Standard
AgCl(s)
+ l/2H,(g)
and standard acidity
HSO;
273.I5”K
in
synthetic
to 3 18.15”K.
potential
of
= Ag(s)
J. Chem.
+
dissociation
of boric
water
273.lS”K
from
acid in synthetic to 318.15”K.
parameters
J. and Merlivat,
Walts,
conBight:
determinations
D.R.
measurement
and
and
Brewer,
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PCO,
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