Variabilidad de las propieades bio-ópticas en la serie de tiempo Estación Permanente de Estudios Ambientales (EPEA) complementando mediciones in situ y satelitales

Abstract

La vida en el mar depende de la disponibilidad de luz para la fotosíntesis. Desde la bio-óptica se intenta comprender cómo la intensidad y la distribución espectral de la luz son atenuadas debido a la dispersión y absorción en el medio acuático a causa de la presencia de los componentes ópticamente activos (COA), es decir, el agua misma, el fitoplancton (PHY), el material orgánico coloreado disuelto (CDOM) y el material particulado no algal (NAP). Las denominadas "propiedades ópticas inherentes" (IOPs) son cantidades que caracterizan cómo la luz es absorbida o dispersada por los COA, convirtiéndose en importantes descriptores del medio acuático. A su vez, las IOPs junto con las condiciones de iluminación determinan el color del mar, el cual puede ser sensado remotamente y traducido mediante algoritmos satelitales en magnitudes biogeoquímicas de interés como la concentración de clorofila a ([Cla]). No obstante, la concentración de los COA y por ende las IOPs varían regional y estacionalmente; conocer esta variabilidad resulta fundamental para poder utilizar la bio-óptica y el sensoramiento remoto para monitorear el ambiente marino y desarrollar algoritmos satelitales con rigor científico. En este sentido, las series temporales de observaciones oceánicas son la base de la compresión de los procesos oceánicos y permiten evidenciar cambios que ocurren en grandes escalas de tiempo. El objetivo general de esta tesis fue entender la dinámica de las propiedades bio-ópticas en la serie temporal Estación Permanente de Estudios Ambientales (EPEA), ubicada en la costa bonaerense del Mar Argentino. Se armó una base de datos de variables bio-ópticas (más de 700 espectros de absorción) correspondientes al periodo 2000-2016. Se puso a punto el método de determinación empírica del coeficiente de absorción espectral del CDOM, aCDOM(), obteniéndose espectros casi idénticos usando filtros con distinto tamaño de poro (0,2 o 0,7 μm). Se demostró estadísticamente que existen por lo menos dos formas espectrales del aCDOM(), las cuales se modelaron con un modelo de regresión segmentada (SRM) con mayor exactitud que con el modelo exponencial tradicionalmente usado. Además, estas formas se asociaron con distintas condiciones ambientales y fueron discriminadas por los parámetros del SRM. Se describió la variabilidad de las IOPs y de condiciones ambientales de la serie EPEA. El ciclo estacional en la EPEA aparece como la alternancia de un período frío con la columna de agua mezclada a un período más cálido - estratificado. La mayor variabilidad interanual se observa en los meses de primavera ? verano, sugiriendo que estos meses son diferentes de un año a otro según el grado de estratificación de la columna de agua, lo cual se manifiesta en la [Cla]. y en las IOPs. El ciclo anual de la [Cla]. superficial tiene su máximo en invierno ( 1.25 mgm-3), al igual que el de la absorción de luz por el NAP; en cambio la absorción de luz por el fitoplancton es relativamente invariable a lo largo del año. El CDOM es el COA que más contribuye a la absorción total durante todo el ciclo anual. Por último se validaron los algoritmos operacionales de NASA para estimar [Cla] y las IOPs para los sensores SeaWiFS y MODIS-Aqua. SeaWiFS presenta mayor sesgo que MODIS, ambos sobreestimando [Cla] cuando esta es mayor a 1 mgm-3. En la EPEA, el error relativo en la estimación satelital de [Cla] guarda una fuerte relación con la eficiencia de absorción del fitoplancton y por ende, con la estacionalidad: el sesgo de estos algoritmos empíricos es mayor en verano que en invierno. En cambio, el algoritmo semi-analítico GIOP en su configuración estándar no fue útil para estimar las IOPs en la EPEA.