Estimaciones superficiales de PCO2 en el Golfo de ...

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(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:

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D.R.

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and

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