Influenza dei processi dinamici marini sulla distribuzione della produzione primaria fitoplanctonica nel Mar di Sardegna

Abstract

In questo lavoro vengono investigati gli effetti dei processi fisici (come eddies, fronti e upwellings) sulla distribuzione delle variabili biologiche, con particolare attenzione alla produzione primaria, all'interno di quattro differenti periodi di tempo tra il 2002 e il 2004 nel Mar di Sardegna. Al fine di studiare i principali fenomeni a mesoscala nel Mediterraneo Occidentale è stato utilizzato un approccio multidisciplinare basato sulle osservazioni satellitari, sulle simulazioni numeriche e sulle indagini in-situ. In particolare i dati altimetrici MADT (Mediterranean Absolute Dynamic Topography) e la distribuzione di salinità calcolata con il modello numerico OPA-NEMO hanno permesso di individuare intense attività a mesoscla come i vortici anticiclonici algerini (Algerian Eddies, AEs) e il fronte nord balearico (North Balearic Front). Gli effetti di AEs e NBF sulla distribuzione della biomassa fitoplanctonica e della produzione primaria sono analizzate nel Mar di Sardegna attraverso i dati raccolti in-situ durante le campagne oceanografiche oggetto di studio (MedGOOS4, MedGOOS5, MedGOOS6 e MedGOOS7). Durante tali crociere più di 150 stazioni sono state investigate misurando dati relativi alle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche della colonna d'acqua attraverso la sonda SBE911 plus CTD. Inoltre, in alcune stazioni CTD sono state acquisite variabili bio-ottiche attraverso il fluorimetro a doppio impulso PrimProd 1.08 che ha permesso di misurare la fluorescenza della clorofilla-a, l'efficienza fotosintetica e la PAR. Per valutare la risposta biologica associata con i processi a mesoscala, è stata calcolata la produzione primaria fitoplanctonica attraverso una nuova versione del modello bio-ottico PhytoVFP. Esso contiene due principali modifiche rispetto alla precedente versione : (1) la radiazione superficiale e subacquea è stata stimata integrando lo spettro della PAR (400-700 nm) ogni 60 intervalli e considerando la copertura nuvolosa; (2) il tasso fotosintetico è stato calcolato utilizzando la formulazione di Platt. Al fine di testare tali cambiamenti, la radiazione superficiale e subacquea è stata calibrata con dati in-situ, mentre la produzione primaria fitoplanctonica è stata messa in relazione con quella ottenuta dal modello di Morel. Durante le crociere MedGOOS, il confronto tra la distribuzione verticale di densità potenziale e la produzione primaria fitoplanctonica calcolata con il modello PhytoVFP, ha permesso di analizzare come AEs e NBF possono modulare la risposta biologica nel Mar di Sardegna.

In this work the effect of physical processes (i.e. eddies, fronts and upwellings) on the biological variables distribution, with particular attention to phytoplankton primary production, was investigated in four different time periods between 2002 and 2004 in the Sardinian Sea. In order to study the main mesoscale phenomena in the Western Mediterranean Sea, a multidisciplinary approach based on satellite observations, in situ data and numerical simulations was used. In particular MADT (Mediterranean Absolute Dynamic Topography) satellite data and salinity distribution calculated by OPA-NEMO numerical model allowed to detect intense mesoscale activities like the Algerian Eddies (AEs) and the North Balearic Front (NBF). The effects of AEs and NBF on the phytoplankton biomass and primary production distribution were analysed in the Sardinian Sea by in-situ data collected during four oceanographic cruises (MedGOOS4, MedGOOS5, MedGOOS6 and MedGOOS7). During these cruises more than 150 stations has been investigated and hydrological data has been acquired by a SBE911 plus CTD probe. Moreover biooptical variables has been detected in some CTD stations through the double impulse fluorometer Primprod 1.08 that measures chlorophyll-a fluorescence, photosynthetic efficiency and PAR. To evaluate the biological response associated with mesoscale processes, the phytoplankton primary production (PP) was calculated by the new version of PhytoVFP bio-optical model. It contains two main changes compared to the previous version: (1) the surface and underwater radiation was estimated integrating the PAR spectrum (400-700 nm) each 60 bandwidth and considering the cloud cover; (2) the photosynthetic rate was calculated using Platt formulation. In order to test these upgrades, surface and underwater radiation were calibrated with in-situ data, while phytoplankton primary production were compared with PP obtained by Morel model. During MedGOOS cruises, the comparison between vertical distributions of potential density and phytoplankton primary production calculated by PhytoVFP model allowed to analyse how the AEs and NBF can modulate the biological response in the Sardinian Sea.