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Ciencias marinas
versión impresa ISSN 0185-3880
Cienc. mar vol.42 no.1 Ensenada mar. 2016
https://doi.org/10.7773/cm.v42i1.2551
Artículos
Fluctuaciones espaciales y temporales de la temperatura superficial del mar y las concentraciones de clorofila a debido a forzamientos atmosféricos en una laguna costera tropical
1 Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad Veracruzana, km 7.5 Carretera Tuxpan-Tampico, Tuxpan, Veracruz, CP 92860, México.
Las fluctuaciones espaciales y temporales de la temperatura superficial del mar (TSM) y las concentraciones de clorofila a (Chla) debidas a forzamientos atmosféricos en la tercer laguna costera tropical más grande de México (laguna de Tamiahua), localizada en el oeste del golfo de México, fueron estudiadas de julio de 2000 a mayo de 2012. La principal hipótesis de este estudio es que la TSM y las concentraciones de Chla son moduladas por el intercambio de calor de la atmósfera y por la lluvia (descarga de ríos). La atmósfera introduce calor (555.05 ± 42.31 W m-2) a la laguna de Tamiahua, lo cual implica que la temperatura de la laguna durante el periodo analizado (~27 °C) fue mayor que la observada en la zona costera. La precipitación regula las concentraciones de Chla durante la temporada de lluvias porque los valores de las correlaciones cruzadas entre ambos parámetros fueron altos (r > 0.61) y la fase de retardo de la temporada de lluvias con las series de tiempo de la Chla generalmente fue de 0 a -1 mes. Las fases de El Niño/Oscilación del Sur afectaron los patrones de lluvia y, por lo tanto, las concentraciones de Chla en la laguna. La laguna muestra condiciones eutróficas a lo largo del año (concentraciones de Chla >5 mg m-3), con valores máximos en verano, cuando las condiciones son cálidas y húmedas. La escala anual es responsable de la mayor variabilidad en ambos conjuntos de datos. Estacionalmente, ambos conjuntos de datos oceanográficos muestran tres diferentes tipos de agua, los cuales, para ambos conjuntos de datos, fueron más variables en las entradas de la zona sur y norte y fueron más homogéneas en la región central de la laguna.
Palabras clave: laguna de Tamiahua; precipitación; flujos de calor; escala anual; El Niño/Oscilación del Sur
The temporal and spatial fluctuations of sea surface temperature (SST) and chlorophyll a (Chla) levels due to atmospheric forcing in Mexico's third largest tropical coastal lagoon (Tamiahua Lagoon), located in the western Gulf of Mexico, was examined from July 2002 to May 2012. The main hypothesis of this study is that SST and Chla levels are modulated by the exchange of heat fluxes from the atmosphere and by rainfall (river runoff). The atmosphere supplies heat (555.05 ± 42.31 W m-2) to Tamiahua Lagoon, which implies that the temperature of the lagoon over the period analyzed (~27 °C) was higher than normal in the coastal zone. Precipitation regulates Chla levels during the rainy season because the cross-correlation values were high (r > 0.61) and the phase lag of the rainy season with the Chla time series was typically 0 to -1 month. El Niño/Southern Oscillation phases affected the rainfall patterns and, thus, Chla concentrations in the lagoon. As expected, the lagoon showed eutrophic conditions throughout the year (Chla concentrations >5 mg m-3), with maximum values in the summer, when warm and wet conditions prevail. The annual scale is responsible for most of the variability in the two data sets. Seasonally, both oceanographic data sets showed three different water types, which, in both cases, were more variable at the southern and northern inlets and more homogenous in the central part of the lagoon.
Key words: Tamiahua Lagoon; precipitation; heat fluxes; annual scale; El Niño/Southern Oscillation
Introducción
La mayoría de las lagunas costeras situadas en las zonas tropicales y en otras regiones del mundo son poco profundas (Solidoro et al. 2004, Medina-Gómez y Herrera-Silveira 2006, Abreu et al. 2010), con una profundidad de no más de 3 m en sus principales canales; por lo tanto, la atmósfera, a través de los flujos de calor y la temperatura del aire, tiene un efecto importante en la distribución espacial de temperatura del agua dentro de las lagunas. Por otra parte, las lagunas se ven afectadas por las descargas de los ríos, principalmente durante la época de lluvias. Un ejemplo es la laguna de Venecia (Italia), para la cual un análisis de los parámetros de calidad del agua más importantes confirmó el papel de las descargas de los ríos (que son más importantes durante la época de lluvias) y de los intercambios de agua generados por las mareas con el mar en la determinación de la calidad del agua y la dinámica del ecosistema (Solidoro et al. 2004). A diferencia de la laguna de Venecia, la laguna de Dzilam (península de Yucatán, México) muestra una disminución en la productividad primaria durante la época de lluvias. La entrada de grandes volúmenes de agua fresca procedentes de la precipitación directa y la descarga de aguas subterráneas a la laguna se asocia con tiempos cortos de residencia de agua durante esta temporada, lo cual ocasiona una reducción en la producción de fitoplancton a pesar de la importante contribución de nutrientes (Medina-Gómez y Herrera-Silveira 2006).
Las variaciones en las concentraciones de clorofila a (Chla) parecen ser más afectadas por la hidrología, que es afectada principalmente por factores meteorológicos como el viento, la lluvia y la evaporación. Sin embargo, se ha observado que las fuerzas que conducen las variaciones hidrológicas juegan diferentes papeles en diferentes escalas de tiempo. Por lo tanto, los fenómenos meteorológicos y las variaciones del caudal de los ríos (Elliott y Quintino 2007) pueden promover las fluctuaciones interanuales, anuales y estacionales en la temperatura superficial del mar (TSM) y en las concentraciones de Chla en las lagunas. No obstante, para la laguna de Venecia, los campos de temperatura son uniformes, incluso si los intercambios con el mar son importantes (Solidoro et al. 2004). Por el contrario, en el estuario Laguna de los Patos, en el sur de Brasil, se ha observado que la precipitación y las fluctuaciones de la dirección del viento controlan la temperatura, la salinidad, la transparencia del agua y la concentración de Chla asociada con ciclos más cortos en primavera que en verano (Fujita y Odebrecht 2007). Estos efectos también se han observado en la escala de tiempo de El Niño/Oscilación del Sur (ENOS) (Abreu et al. 2010).
Materiales y métodos
Área de estudio
La laguna de Tamiahua está situada en la zona costera del estado de Veracruz, en el sudoeste del golfo de México (Fig. 1). La laguna mide 110 km de largo y 25 km de ancho, y tiene una profundidad de 1-3 m. Es importante por la pesca, el cultivo de moluscos y el turismo. La laguna está conectada a la plataforma continental occidental a través de dos entradas (Fig. 1), donde el intercambio de agua es generado por la marea diurna de la cuenca del golfo (Salas-Pérez et al. 2008). Además, la laguna recibe las descargas de muchos ríos (Fig. 1); sin embargo, no hay registros de estas descargas. Suponemos que hay un aumento de las descargas de los ríos a la laguna durante la época de lluvias y, por lo tanto, se incrementan las fluctuaciones de la TSM y las concentraciones de Chla relacionadas con la precipitación y la escorrentía. Por otra parte, el uso de imágenes de satélite y datos meteorológicos en un periodo de 10 años nos permitió estudiar señales interanuales como El Niño y La Niña y evaluar si estos fenómenos afectan a los parámetros meteorológicos y oceanográficos dentro de la laguna. En Veracruz, las condiciones cálidas/frías de El Niño/La Niña provocan episodios de lluvia extrema en invierno/verano-otoño y episodios moderados en verano/invierno (Torres-Alavez et al. 2010). Existe poca información sobre lagunas costeras en la literatura científica. Para la laguna de Tamiahua, no hay registros sobre las fluctuaciones espaciales y temporales de la TSM y Chla a escalas estacionales, anuales e interanuales forzadas por los flujos de calor y lluvia, que son necesarias para mejorar el conocimiento de sus características hidrológicas.
Conjunto de datos
Imágenes mensuales de la TSM del canal infrarrojo NOAA-16 e imágenes mensuales MODIS nivel-3 estándar de Chla se utilizaron para estudiar la variabilidad temporal y espacial de la TSM y Chla en la laguna de Tamiahua de julio de 2002 a mayo de 2012, y evaluar así la hipótesis de que las fluctuaciones de estos parámetros oceanográficos son influidos principalmente por la precipitación y los flujos de calor de la atmósfera. Las imágenes de TSM utilizadas en este estudio se obtuvieron del nodo Giovanni Ocean Color Radiometry Online Visualization and Analysis que está disponible en internet, y las imágenes de Chla fueron obtenidas desde el nodo ERDAPP. La resolución espacial de las imágenes de TSM es de 0.0360° × 0.0360° y la resolución espacial de las imágenes de Chla es de 0.0125° × 0.0125°; en ambos casos, la resolución es suficiente para caracterizar los procesos oceanográficos en la laguna de Tamiahua. Las imágenes de satélite se utilizaron en este estudio en lugar de datos de mediciones in situ en la laguna, que no son de dominio público y están poco representados en el periodo de estudio. El área de estudio está bien cubierta por las imágenes de satélite (98%). Por lo tanto, este estudio se realizó utilizando 119 imágenes mensuales de la TSM y Chla. Las fluctuaciones temporales de la TSM y Chla fueron estudiadas a través de series de tiempo construidas a partir de las imágenes de satélite mensuales. Las fluctuaciones espaciales de las imágenes de TSM y Chla fueron obtenidas a partir de los promedios y las desviaciones estándar durante el periodo analizado, y los promedios estacionales de julio de 2002 a mayo de 2012 fueron calculados para obtener los campos climatológicos de esos parámetros en la laguna de Tamiahua y, por lo tanto, describir sus características espaciales y temporales principales.
No se utilizaron mediciones atmosféricas in situ porque no hay estaciones meteorológicas en la laguna costera. En cambio, se analizó el efecto de la temperatura del aire, los flujos de calor y la precipitación (descarga de los ríos) en las aguas de la laguna de Tamiahua utilizando datos generados a 1000 mb por el modelo NARR/NCEP (Reanálisis Regional Norteamericano/Centros Nacionales de Predicción Ambiental) (Mesinger et al. 2006). Los datos analizados fueron construidos en un punto situado cerca del centro de la laguna de Tamiahua (97.5549°N y 21.5506°W) (Fig. 1). Es importante destacar que las observaciones del modelo meteorológico NARR/NCEP representan sólo un punto en el centro de la laguna de Tamiahua, y suponemos que los flujos de aire de temperatura, las precipitaciones y el calor son uniformes en toda la laguna. Las correlaciones cruzadas y el retardo de fase entre las variables atmosféricas (flujos de calor y precipitación), parámetros oceanográficos (TSM y Chla) y anomalías de precipitación normalizadas (APE =
, donde APE representa la anomalía de precipitación estacional, PE es el valor individual de la precipitación estacional, 
es el promedio de la serie de tiempo completa de precipitación estacional, σPE es la desviación estándar de la serie de tiempo total de la precipitación estacional), en conjunto con el Índice Oceánico de El Niño (ONI por sus siglas en inglés) (Reynolds et al. 2008) se calcularon como sigue. La correlación cruzada se calculó con la función crosscorr de Matlab. Esta función se utilizó para analizar el efecto de los parámetros atmosféricos en Chla y la precipitación, las series de tiempo de TSM y Chla, y las series de tiempo de TSM y de los flujos netos de calor. El flujo neto de calor (W m-2) de la laguna de Tamiahua se calculó con la siguiente fórmula:
1
donde Qnet es el flujo neto de calor, OC es la radiación de onda corta, OL es la radiación de onda larga, CL es el flujo de calor latente y CS es el flujo de calor sensible.
Resultados
Fluctuaciones temporales de la TSM, temperatura del aire, precipitación y concentraciones de Chl a
Los promedios estacionales de las series de tiempo de la TSM y las series de tiempo de la temperatura del aire construidas a partir de imágenes mensuales y salidas del modelo NARR/NCEP durante el periodo analizado en este estudio mostraron señales anuales bien definidas (Fig. 2a). La diferencia promedio entre la TSM y la temperatura del aire atmosférica en la laguna de Tamiahua fue de aproximadamente 2 °C. Por lo tanto, las diferencias de temperatura entre las dos curvas fueron positivas debido al calor transferido desde la atmósfera a la laguna durante todo el año. Durante los 10 años analizados en este estudio, el promedio de la TSM y el de la temperatura del aire muestran fluctuaciones interanuales en las estaciones frías (diferencias de aproximadamente 1-3 °C) y en las estaciones cálidas, las cuales presentaron casi las mismas diferencias de temperatura (aproximadamente 2-3 °C) que las observadas en las estaciones frías (Fig. 2a).
Figura 2: (a) Series de tiempo interanuales de la temperatura superficial del mar (SST) y la temperatura del aire atmosférico (línea discontinua). (b) Precipitación interanual (PP) y serie de tiempo interanual de la clorofila a (Chla) computarizada por temporada. (c) Anomalía de la precipitación normalizada (SPA) vs el Índice Oceánico de El Niño (ONI), en las fases cálida y fría de ENOS y en la fase neutral.
Las series de tiempo de precipitación estacional presentaron una señal anual definida durante el periodo analizado (Fig. 2b). La precipitación promedio fue de 3.0 ± 2.90 mm mes-1. Los valores mínimos y máximos en el periodo analizado fueron ~0.002 mm mes-1 (primavera de 2011) y ~23 mm mes-1 (verano de 2010), respectivamente. Estacio-nalmente, las series de tiempo de precipitación muestran valores máximos (~5-23 mm mes-1) en verano y mínimos (~0.008-0.43 mm mes-1) en invierno.
Se observó una señal anual de la Chla (Fig. 2b) de manera similar a la serie de tiempo de precipitación descrita previamente, con picos máximos de entre 13 y 40 mg m-3 en todo el verano y el otoño, en contraste con el invierno durante el cual los valores mínimos fueron de aproximadamente 6 a 14 mg m-3. Las concentraciones mínimas y máximas en primavera fueron de 6 y 22 mg m-3, respectivamente. Sin embargo, en general, cuando la precipitación aumentó, la concentración de Chla también aumentó.
Las temperaturas más cálidas, las mayores precipitaciones y el aumento de Chla generalmente fueron características comunes durante el verano y el otoño (Fig. 2b). Las correlaciones cruzadas entre las series de tiempo de precipitación estacional y de la Chla estacional mostraron valores superiores a 0.40 en todas las estaciones (Tabla 1). Los retardos de fase negativos entre esas series de tiempo (Tabla 1) mostraron que la precipitación estacional se produjo primero, seguido por el aumento estacional de la concentración de Chla. En general, las altas correlaciones cruzadas (aproximadamente 1) se observaron en el verano y el otoño, que concuerdan con los periodos estacionales de precipitación máxima en el área de estudio, lo que sugiere la influencia del caudal máximo de las aguas de los ríos en la laguna de Tamiahua. Sin embargo, los valores de correlación cruzada también fueron superiores a 0.6 en las temporadas de invierno y primavera (Tabla 1). El análisis de correlación cruzada mostró una P < 0.00001, lo que indica valores significativos. En general, la APE en los últimos 4 años fue altamente positiva en comparación con la de los primeros 6 años durante los cuales el APE mostró bajas anomalías de precipitación normalizadas positivas (Fig. 2b, c). Este comportamiento puede deberse a un mecanismo de forzamiento interanual, tal como el ENOS (fases cálidas y frías del fenómeno), que cualitativamente manifestó su efecto en la anomalía normalizada de la serie de tiempo de lluvias de la zona de estudio (Fig. 2c). En primer lugar, la APE disminuyó cuando una fase cálida (El Niño) se produjo entre julio de 2002 y febrero de 2003 (9 meses), entre julio de 2004 y febrero de 2005 (8 meses) y entre septiembre de 2006 y enero de 2007 (5 meses). Por el contrario, una APE positiva se produjo durante el periodo de El Niño en el intervalo resultante: de junio de 2009 a abril de 2010 (11 meses). Durante el episodio de La Niña, la APE disminuyó entre noviembre de 2005 y marzo de 2006 (5 meses), mientras que entre abril y noviembre de 2007 (6 meses) fue principalmente positiva, y hubo un corto periodo de APE negativa entre diciembre de 2007 y febrero de 2008. Durante el último periodo, de febrero a noviembre de 2008 (10 meses), y los periodos de junio de 2009 a abril de 2011 (11 meses), de agosto de 2010 a octubre de 2010 (3 meses), y de abril a noviembre de 2011, la APE también fue positiva.
Flujos de calor del modelo NARR/NCEP
En general, casi todos los términos de la ecuación de calor (1) calculada con el modelo NARR/NCEP mostraron una señal anual marcada (Fig. 3, Tabla 2), excepto el CL (Fig. 3c). El flujo de OL (Fig. 3a), que representa la radiación emitida por la superficie del océano menos la OL emitida por la atmósfera en la dirección del océano, tuvo una ganancia neta promedio de 460.84 ± 25.16 W m-2, y el flujo de la luz del sol en el mar (OC) tuvo un valor promedio de 248.02 ± 56.29 W m-2 (Fig. 3b). Como era de esperar, el CL (el flujo de calor hacia la atmósfera transportado por el agua evaporada) y el CS (el flujo de calor fuera del mar debido a la conducción de calor) presentaron valores negativos promedio de 71.91 ± 37.20 y 81.90 ± 48.99 W m-2, respectivamente (Fig. 3c, d). La laguna de Tamiahua tuvo una ganancia neta de calor de 555.05 ± 42.31 W m-2 durante todo el año (Fig. 3e). La correlación de cada término de la ecuación de calor con la serie de tiempo de TSM presentó un valor máximo para el término OL (0.60-0.91), seguido por el término OC (0.38-0.54) (Tabla 2). Los otros dos flujos (CL y CS) generalmente mostraron correlaciones negativas (Tabla 2). Las bajas correlaciones calculadas para L y CS afectaron los cálculos de los valores de correlación (0.26-0.70) estimados entre los flujos totales de calor y la curva de TSM (Tabla 2).
Figura 3: Fluctuaciones temporales de las series de tiempo de los flujos de calor, de julio de 2002 a mayo de 2012: (a) flujo de radiación de onda larga, (b) flujo de calor sensible, (c) flujo de calor latente, (d) flujo de radiación de onda corta, (e) flujo neto de calor. Los flujos de calor >0 significan una ganancia de calor neta hacia la laguna y <0 significan pérdidas de calor hacia la atmósfera.
Tabla 2: Correlación cruzada entre las series de tiempo de la temperatura superficial del mar y el flujo de calor de 2003 a 2011 en la laguna de Tamiahua; SW, radiación de onda corta; LW, radiación de onda larga; LH, flujo de calor latente; SH, flujo de calor sensible. Los niveles de significancia de los cálculos fueron de P <0.00001.
Campos promedio y de desviación estándar de la TSM
Las distribuciones espaciales del campo de TSM promediadas para el periodo de estudio y su desviación estándar se muestran en la Figura 4(a,b). La TSM promedio aumentó de la entrada de Boca Corazones (26 °C) hacia el corredor medio-occidental de la isla Ídolo (28 °C). A partir de ahí y hasta la parte central de la laguna, el promedio de la TSM disminuyó aproximadamente 1 °C, mientras que en los límites occidentales la temperatura fue mayor que 27 °C, probablemente debido a la descarga de los ríos. Cerca de la isla Juan A. Ramírez, se observó un parche de agua con una temperatura de 28 °C que disminuyó la temperatura del agua que se extiende a lo largo de la parte oriental de la laguna de Tamiahua y a la entrada de Tampachichi a 26 °C. La temperatura promedio del campo de TSM calculado a lo largo del periodo de estudio fue de 26.59 ± 3.29 °C. Debido a su desviación estándar, y a diferencia del campo promedio de TSM, se observó una variabilidad en frente de las bocas de los ríos que se encuentran al oeste de la laguna. La variabilidad se produjo en las partes sur y norte de la laguna. Por el contrario, el centro de la laguna retuvo una desviación estándar homogénea.
Campos promedio y de desviación estándar de la Chl a
El campo promedio de la concentración de Chla fue >11mgm-3, principalmente en la región sur, donde se encuentra la entrada de Boca Corazones, y en el corredor occidental de la isla Ídolo (Fig. 5a). Se observó un parche de Chla con concentraciones >16 mg m-3 frente al sistema estuarino Milpas. Concentraciones altas de Chla (>16 mg m-3) fueron observadas en la zona occidental de la laguna, de acuerdo con las ubicaciones de las descargas de los ríos (Fig. 1). El agua eutrófica con altas concentraciones de Chla se ubicó en la zona sur de la laguna y se extendió a todo el lado oriental de la laguna debido a la circulación local. Por otra parte, los valores máximos del campo promedio se observaron en el corredor a lo largo de cabo Rojo y la isla Juan A. Ramírez (lado oriental de la laguna). Estos valores aumentaron de 16 mg m-3 en la región suroeste de la barrera de arena de cabo Rojo a más de 20 mg m-3 en la entrada de Tampachichi. En ambos lados de la laguna de Tamiahua hacia el centro, la concentración de Chla disminuyó, con concentraciones mínimas de <11 mg m-3. En general, la variabilidad de la Chla fue homogénea en el centro de la laguna, con valores <2 mg m-3. La variabilidad del campo de Chla mostró valores máximos (que incrementaron de 6 a 10 mg m-3) desde la entrada de Tampachichi hacia el pasillo sudoriental (isla Juan A. Ramírez) y hacia el corredor occidental formado por la isla. En la parte sur de la laguna, en el corredor formado por el límite occidental de la zona, y la isla Ídolo se observó una alta variabilidad (>11 mg m-3), que fue similar a la observada en la parte norte de la laguna (Fig. 5b).
Climatología temporal de la TSM por estaciones del año
La serie de tiempo de la TSM construida a partir de las imágenes mensuales mostró una marcada señal anual con una forma gaussiana a lo largo del año. La temperatura máxima se presentó durante el verano (30 ± 0.15 °C), y la temperatura mínima (23 ± 0.46 °C) en el invierno. Se determinó un valor ligeramente más alto de TSM durante el otoño (26 ± 0.44 °C) que el observado en el invierno. En la primavera se observó un valor de TSM de 2 °C (28 ± 0.41 °C) que fue menor que el observado en el verano.
Climatología espacial de la TSM por estaciones del año
En invierno (Fig. 4c) la TSM presentó valores menores que 20 °C en el corredor sur-suroeste de la isla Ídolo y alrededor de la isla Juan A. Ramírez; esta agua entró a la laguna por las entradas de Boca Corazones y Tampachichi debido al intercambio de agua causada por las mareas diurnas. Partes de la línea de costa de la región occidental, donde se encuentran los ríos La Laja y Saladero, mostraron aguas más frías, similares a las que penetraron a través de Boca Corazones y que se extendieron a la región noroeste de la laguna de Tamiahua. Fuera de esta zona, en la parte central de la laguna, la TSM incrementó de 20 °C a 22 °C. En el norte, rodeando la parte oriental de la isla Juan A. Ramírez y la entrada de Tampachichi, la temperatura del agua fue más calida que el agua en la entrada de Boca Corazones.
Durante la primavera (Fig. 4d), la distribución espacial de la TSM fue similar a la del invierno. En la primavera y el invierno, se identificaron tres tipos de agua en tres regiones situadas a lo largo de la laguna. El primer tipo de agua, cuya temperatura osciló entre 15 y 20 °C, se observó desde Boca Corazones hasta el corredor sudoeste de la isla Ídolo; el agua en esta región mostró un aumento significativo de la temperatura (~5 °C) en primavera en comparación con los valores de invierno. El segundo tipo de agua se observó desde el límite sur de la isla Ídolo hasta la parte norte de la isla Juan A. Ramírez, en la parte central de la laguna; en esta región se observó agua cálida con temperaturas superiores a 25 °C. El tercer tipo de agua se extendió desde la parte oeste de la laguna y mostró un parche de agua cerca de la desembocadura de los ríos Laja y Saladero, con temperaturas de 20 a 25 °C, similares a las observadas en invierno. Al norte, cerca de la isla Juan A. Ramírez y la entrada de Tampachichi, la temperatura del agua fue de 25 °C, la cual disminuyó a 15 °C en la parte sur de la isla Juan A. Ramírez; esta agua fue más cálida que la observada durante el invierno.
En verano (Fig. 4e), los valores de la TSM en la laguna se incrementaron en 10 °C con respecto a los valores de invierno y en 3 °C con respecto a los valores de primavera (Fig. 4c, d). Además, en la parte occidental de la laguna donde se encuentra el arroyo Carbajal, la descarga de agua (TSM de aproximadamente 29 a 30 °C) penetró hasta la parte central de la laguna y casi hasta el flanco occidental de isla Toro (Fig. 1). El agua descargada por el río Saladero y el sistema estuarino Milpas afectó la distribución de la TSM a lo largo del corredor occidental situado entre Boca Corazones y la parte norte de la isla Ídolo, donde la TSM fluctuó de 28 a 29 °C (Fig. 4e).
En otoño (Fig. 4f), se observó una distribución espacial de TSM similar a la de verano. En la región cerca de Boca Corazones y la zona sur de la isla Ídolo, los valores de TSM estuvieron por debajo de 25 °C. En consecuencia, a lo largo del corredor estructurado por el límite occidental de la laguna, la TSM fue de 25 °C; esta agua se extendió a la parte central y la parte sur de la isla Juan A. Ramírez. Frente a la descarga de Arroyo Carbajal, se observó un parche de agua con una temperatura de 25 °C; esta agua penetró a la parte central de la laguna cerca del flanco occidental de la isla Toro. En la barrera de arena Cabo Rojo, la temperatura presentó valores homogéneos y por debajo de 28 °C. Al norte, en la región donde el corredor occidental está estructurado por la isla Juan A. Ramírez y la porción de tierra, los valores de TSM variaron de 23 a 25 °C. En el corredor oriental situado en frente de la entrada de Tampachichi, el agua presentó una de TSM de aproximadamente 28 °C y rodeó un parche de agua con una TSM de aproximadamente 24 °C.
Climatología temporal de las concentraciones de Chl a por estaciones del año
Las series temporales de las concentraciones de Chla para el intervalo de tiempo analizado mostraron un valor promedio de 18.58 ± 2.59 mg m-3 durante el verano. Durante las temporadas de invierno y primavera, las concentraciones promedio de Chla fueron semejantes a lo largo de toda la laguna: 9.48 ± 1.03 y 9.58 ± 1.34 mg m-3, respectivamente.
La concentración promedio de Chla en otoño fue de 17.10 ± 2.02 mg m-3, mayor que la observada en invierno y primavera. En general, las fluctuaciones temporales climatológicas de la Chla mostraron la misma señal anual observada para la TSM.
Climatología espacial de las concentraciones de Chl a por estaciones del año
Durante el invierno, la distribución espacial de las concentraciones de Chla (Fig. 5c) entre Boca Corazones y la zona sudoriental de la isla Ídolo varió entre 6 y 10 mg m-3. En la zona norte de la isla Ídolo, los valores de Chla fluctuaron de 9 a 11 mg m-3. Alrededor de la isla Toro, hubo un parche de agua con una concentración de Chla de 8 mg m-3. En la parte norte de los dos corredores estructurados por la isla Juan A. Ramírez, la concentración de Chla tendió a aumentar de 9 a 12 mg m-3 en la entrada de Tampachichi. El valor promedio para el campo espacial de Chla durante el invierno fue 9.47 ± 1.03 mg m-3.
Durante la primavera (Fig. 5d), la concentración promedio del campo espacial de la Chla fue 9.58 ± 1.33 mg m-3. Este valor fue aproximadamente igual al calculado para el invierno. De Boca Corazones a la isla Ídolo la concentración promedio de Chla fue menor que 5 mg m-3. En el extremo norte de la isla Ídolo y en la zona del río Saladero, las concentraciones de Chla fluctuaron de 10 a 14 mg m-3. En isla Toro y en la parte central de la laguna, se observó un parche de agua con concentraciones más bajas (<8 mg m-3), similar a lo observado en el campo de invierno. Por el contrario, a lo largo del límite occidental de la laguna donde descargan los ríos, se observaron niveles más altos de Chla (>9 mg m 3). En la entrada de Tampachichi, las concentraciones de Chla variaron de 10 a 11 mg m-3.
Durante el verano (Fig. 5e), hubo un aumento en las concentraciones de Chla en relación con los valores calculados para invierno y primavera. La concentración promedio de Chla fue de 18.58 ± 2.59 mg m-3. Por lo tanto, el verano presentó los valores máximos de Chla de todas las estaciones del año. A lo largo del límite occidental de la laguna, se observó una concentración de Chla más alta (8 a 20 mg m-3) debido al agua que fluye de la entrada de Boca Corazones hacia el lado noroccidental de la laguna y la parte nororiental de la isla Ídolo. Esta agua rodeo aguas del centro de la laguna, donde las concentraciones de Chla fueron de aproximadamente 12 a 14 mg m-3, las cuales disminuyeron (<12 mg m-3) alrededor de la isla Toro. En el área que cubre la entrada de Tampachichi y el extremo oriental de la isla Juan A. Ramírez, las concentraciones de Chla fueron >25 mg m-3.
Durante el otoño (Fig. 5f), los valores de Chla oscilaron entre 13 y 16 mg m-3 cerca de la desembocadura del sistema estuarino Milpas. En el límite occidental de la laguna, al norte del río Saladero y al norte de la isla Ídolo, se observaron parches de agua con una concentración de Chla de 13 mg m-3. Rodeando isla Toro, hubo un parche de agua con una concentración de Chla de 10 mg m-3, que estuvo rodeado por una masa de agua que mostró una concentración de Chla homogénea de 12 mg m-3. En la zona oeste de la isla Juan A. Ramírez y cerca de la desembocadura del río Cucharas, se observó un núcleo de Chla con una concentración superior a 13 mg m-3. Entre la entrada de Tampachichi y el corredor oriental de la isla Juan A. Ramírez, los valores de Chla fueron superiores a 25 mg m-3, que fueron similares a los valores de Chla encontradas durante el verano. El valor promedio para el campo espacial de la Chla para esta temporada fue 17.10 ± 2.01 mg m-3.
Discusión
Se recopilaron imágenes de satélite de la laguna de Tamiahua (oeste del golfo de México), la tercer laguna más grande de México, de julio de 2002 a mayo de 2012 y se utilizaron para analizar las fluctuaciones temporales y espaciales de la TSM y Chla. El valor máximo de la curva de Chla durante el verano de 2005 (Fig. 2b) podría estar asociado a episodios de fuertes lluvias en el oeste del golfo de México causadas por fenómenos atmosféricos, incluidos los frentes fríos, tormentas y ondas tropicales, y huracanes en todo el área de estudio (Tejeda-Martínez y Welsh-Rodríguez 2006). Al igual que otras lagunas costeras en el mundo, la laguna de Tamiahua es eutrófica (Chla > 5 mg m-3) debido a que recibe descargas de nutrientes de los ríos situados en su parte occidental (Nixon 1995), pero las condiciones eutróficas también pueden producirse por procesos de reciclaje internos entre la sedimentación y la circulación de la columna de agua debido a la poca profundidad de la laguna (Nixon 1995).
Contreras y Castañeda (2004) realizaron mediciones in situ de Chla alrededor de la laguna de Tamiahua y registraron concentraciones promedio de entre 0.01 y 20.7 mg m-3; los valores más bajos los registraron en invierno (<3 mg m-3) y los más altos (>15 mg m-3) en verano. El valor promedio de Chla calculado a partir de la construcción de series de tiempo con las imágenes de satélite resultó en 18.58 ± 2.59 mg m-3, que es un valor de Chla inferior a la concentración promedio de las muestras recolectadas in situ alrededor de la laguna de Tamiahua. Además, en el estudio de Contreras y Castañeda (2004), se reporta un valor de Chla máximo de 64.1 mg m-3 y en el presente estudio el valor máximo fue de 40 mg m-3. Por lo tanto, los valores de Chla derivados de imágenes de satélite están dentro del intervalo de las observaciones in situ reportados por Contreras y Castañeda (2004). Por otro lado, Ramírez-León et al. (2015) mencionaron que los valores de Chla de aguas poco profundas medidos con sensores de satélite tienden a ser elevados por las altas concentraciones de materia orgánica, detritus o materia orgánica disuelta; sin embargo, al menos en el presente estudio, los valores de Chla obtenidos con las imágenes de satélite y las observaciones in situ son similares.
De acuerdo con la definición de Trenberth (1997), las fases cálidas (El Niño) y frías (La Niña) se producen cuando las anomalías de la TSM son mayores que ±0.4 °C y tienen un intervalo de más de seis meses. La correlación cruzada cuantitativa se calculó entre la APE y el ONI (Reynolds et al. 2008) durante los periodos que se ajustan a la definición de ENOS, para establecer una correlación cuantitativa entre las fases ENOS y la variabilidad de lluvia en el área de estudio y de esta manera establecer los efectos interanuales de la época de lluvias (escorrentía de los ríos) en las fluctuaciones de la concentración de Chla. Para la fase cálida (El Niño) (Fig. 2c), sólo un intervalo se ajusta a la definición ENOS y tuvo un valor de correlación cruzada de 0.60 (fase de retardo de 3). Para la fase fría del ENOS (Fig. 2c), dos periodos se ajustan a la definición de Trenberth (1997) y tuvieron valores de correlación cruzada de 0.86 (fase de retardo de -1) y 0.68 (fase de retardo de -1). El análisis demostró el efecto de la señal de ENOS en las dos fases, lo que afectó la variabilidad interanual de la precipitación en el área de estudio y, por lo tanto, el caudal de los ríos durante el periodo de estudio.
Las concentraciones de Chla y los valores de TSM pueden variar interanualmente en las lagunas costeras. Por ejemplo, en el estuario Laguna de los Patos (sudeste de Brasil), donde se estudió la concentración de Chla durante 25 años (1994-2008), la concentración osciló de 0.30 a 76.50 mg m-3 y los valores de la TSM fluctuaron entre 8 y 30 °C con un valor promedio de 19.5 °C (Fujita y Odebrecht 2007), el cual es 7 °C menor que la temperatura calculada para la laguna de Tamiahua. Las fluctuaciones en ambos parámetros en el estuario Laguna de los Patos fueron causadas por la precipitación en los años 1998 y 2002, cuando El Niño tuvo sus mayores efectos en la zona. El caudal de los ríos introdujo concentraciones altas de nutrientes y, por lo tanto, un aumento en los niveles de Chla. En la laguna de Tamiahua la correlación cuantitativa entre la precipitación estacional y la concentración de Chla estacional aumentó en las temporadas de verano y otoño. En general, las correlaciones cruzadas fueron mayores que 0.7, principalmente con un retardo de fase de 0 (Tabla 1). En el estuario Laguna de los Patos, durante años Niño intensos las precipitaciones fueron extremadamente altas (1,500 mm mes-1), y las descargas de los ríos arrojaron una gran cantidad de sedimento e incrementaron la turbidez; por lo tanto, la biomasa primaria disminuyó. En la laguna de Tamiahua, de acuerdo con el ONI (Reynolds et al. 2008), el APE fue negativo durante El Niño y generalmente positivo durante La Niña. Por lo tanto, de acuerdo con la correlación cualitativa entre las fluctuaciones de la APE y el ONI (Fig. 2c), los picos de precipitación de verano de 2007 y 2011 se desarrollaron en la fase fría del ENOS, lo que causó un aumento en las precipitaciones en la zona de estudio (Torres-Alavez et al. 2010); sin embargo, está bien documentado por Torres-Alavez et al. (2010) que otros fenómenos atmosféricos también causaron un aumento en las precipitaciones en la zona de estudio, sobre todo en 2010. Por lo tanto, la señal de La Niña tuvo un efecto sobre el aumento en las precipitaciones en la laguna de Tamiahua y, consecuentemente, el caudal de los ríos, lo que afectó las concentraciones de Chla. En otras lagunas del mundo, el fenómeno de La Niña tiende a disminuir las precipitaciones, descargas de los ríos y los aportes de nutrientes y a aumentar la evaporación, lo cual resulta en una disminución de la TSM y las concentraciones de Chla (Abreu et al. 2010, Coutinho-Hennemann y Mello-Pretucio 2011). Además, la correlación cruzada entre los valores de TSM y Chla generalmente fue más alta en verano y otoño que en invierno y primavera (Tabla 3). Esto significa que las aguas más cálidas de los ríos transportan altas concentraciones de Chla a la laguna (Kjerfve 1994).
Tabla 3: Correlación cruzada entre las series de tiempo de clorofila a y temperatura superficial del mar a un retardo de cero, de julio de 2002 a mayo de 2012 en la laguna de Tamiahua. Los niveles de significancia de los cálculos fueron de P <0.0001.
La TSM y las concentraciones de Chla de las aguas de la laguna de Tamiahua mostraron una fuerte variabilidad cerca de las entradas de Boca Corazones y Tampachichi. Esta variabilidad puede ser explicada por el intercambio diurno de las aguas del golfo de México con las aguas de la laguna de Tamiahua (Salas-Pérez et al. 2008). Por otra parte, la laguna de Tamiahua se ha descrito como un reservorio que contiene agua cálida tipo estuarina que se ve afectada temporalmente por los vertidos de aguas continentales y de aguas provenientes de la plataforma continental que entran a través de las entradas de Boca Corazones y Tampachichi. Estas aguas que se introducen a la laguna por el forzamiento de la marea diurna y las descargas de los ríos, en conjunto, generan los tres tipos de agua previamente mencionados en la sección de resultados. En la laguna de Venecia (Italia), la evolución temporal de la distribución espacial reveló el papel de las descargas de los ríos y los intercambios de marea con el mar para determinar los parámetros de calidad del agua y la dinámica del ecosistema (Solidoro et al. 2004). El flujo de calor OC mostró los mayores valores de correlación (entre 0.60 y 0.91) entre todos los términos del flujo neto de calor, lo cual implica que es el flujo de calor más importante en la modulación de los campos de TSM de la laguna de Tamiahua. Aunque éste sea el flujo de calor cuantificado con mayor incertidumbre a partir del modelo de reanálisis, sobre la superficie del mar, las diferencias en el flujo de calor OC fueron sustancialmente más pequeñas que las cuantificadas en zonas terrestres, probablemente porque los océanos son espacialmente homogéneos (Wang y Dickinson 2013). No obstante, estos resultados explican las altas temperaturas (alrededor de 27 °C) observadas durante todo el año dentro de la laguna de Tamiahua.
Agradecimientos
Este estudio fue financiado con fondos de la Secretaría de Educación Pública (México), dentro del marco del proyecto: Bases para el Análisis y Síntesis de los Sistemas Costeros de Veracruz.
REFERENCIAS
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Recibido: Junio de 2015; Aprobado: Febrero de 2016
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