Variaciones temporales de los parámetros físicos y biogeoquímicos en un sistema costero de Chile central bajo distintos forzantes atmosféricos un estudio basado en observaciones y modelación unidimensional.

Abstract

El océano superficial está controlado principalmente por los forzantes atmosféricos como el viento, flujos de calor y agua dulce. Al respecto, si se genera un aumento en la magnitud del viento, se intensificará la mezcla superficial debido al estrés generado por el intercambio de momento; mientras que una mayor variación en los flujos de calor y/o agua dulce, afectará la boyantés y estratificación, como respuesta a las variaciones de la densidad del agua. Estas posibles variaciones generadas en la atmósfera tienen una directa relación con la variabilidad de la estructura vertical del océano superficial, influenciando parámetros como la profundidad de la capa de mezcla y/o las propiedades físicas y biogeoquímicas de la columna de agua, como son la temperatura, salinidad, oxígeno disuelto, nutrientes y clorofila-a. Se conoce que estos forzantes atmosféricos, en su conjunto, modifican la capa superficial de la columna de agua, pero no está del todo claro cuál es el forzante o mecanismo que actúa como principal modulador de esta variabilidad vertical en la zona de estudio, ni tampoco cuál es el grado de contribución o los efectos sinérgicos y/o antagónicos que tiene cada forzante en la distribución de variables y parámetros mencionados. En este estudio, se evalúa la variabilidad temporal de la profundidad de la capa de mezcla y la distribución vertical de las propiedades físicas y biogeoquímicas de la columna de agua en una zona costera frente a Chile central, esto como respuesta a las variaciones temporales que se han producido en los forzantes atmosféricos. Para ello se realizó una caracterización del ciclo anual y tendencias de las principales variables atmosféricas y oceanográficas asociadas a la plataforma continental de Chile central (36.5ºS; 73.1ºW), lugar donde se ha desarrollado la serie de tiempo Estación 18 (Est18) durante los últimos 15 años. Al respecto, se evaluaron distintas bases de datos de largo período,con observaciones in-situ, reanálisis, datos satelitales y modelados, para poder capturar variaciones temporales de baja frecuencia. Por otra parte, se configuró un modelo numérico ROMS1D que reprodujo el ciclo anual de la serie de tiempo Est18, específicamente en sus variables de temperatura, salinidad, oxígeno disuelto, nitrato, clorofila y profundidad de la capa de mezcla. Finalmente se realizaron distintos experimentos con simulaciones forzadas, aumentando o disminuyendo la magnitud de cada forzante atmosférico de acuerdo a lo observado en este estudio. La caracterización temporal oceanográfica y meteorológica indica que existe una marcada estacionalidad en todas las variables estudiadas, lo que se asocia principalmente al xix desplazamiento anual del Anticiclón Subtropical del Pacífico Sur-Oriental (ASPS) y su efecto directo sobre la intensidad de los vientos meridionales, responsables de inducir eventos de surgencia costera, principalmente durante los meses de primavera-verano. Además, se observaron tendencias en la mayoría de los parámetros analizados, como por ejemplo: un aumento en la intensidad del viento, aumento de la temperatura atmosférica en la zona continental, pero una disminución en el agua dulce observado mediante la precipitación. La simulación del modelo ROMS1D reprodujo muy bien las variables mencionadas, con una aceptación del 90.7% en la variable temperatura, 90.8% en la salinidad, 87.5% en el oxígeno disuelto, 86.7% en el nitrato y 85.0% en la clorofila; además, logró reproducir correctamente la profundidad de la capa de mezcla mediante el criterio de temperatura (PCMT) (Rho 0.89; p < 0.05) y mediante el criterio de densidad (PCMD) (Rho 0.86; p < 0.05). Los resultados de los experimentos de sensibilidad, comparados por medio de la raíz del error cuadrático medio (RMSE), indican que podría existir una mayor contribución por parte de forzantes como el flujo de calor, con un RMSE de 5.68 m (PCMT) y 2.69 m (PCMD), y agua dulce, con un RMSE de 3.53 m (PCMT) y 1.80 m (PCMD), en modificar la distribución vertical de la profundidad de la capa de mezcla durante el ciclo anual, registrando un diferencia mayor a la entregada variación entregada por el forzante del viento, con un RMSE de 2.82 m (PCMT) y 1.70 m (PCMD). En general, las variaciones de la PCM observadas en la columna de agua presentaron una mayor diferencia durante la temporada de invierno, lo que se podría explicar de acuerdo a la disminución del aporte de agua dulce (e.g., menos precipitación), enfriamiento de la temperatura del aire y del océano superficial; fenómenos que han sido detectados para la zona de estudio, los que han contribuido a una disminución de la fuerza de boyantes debido al aumento de la densidad, y con ello a la homogenización de la capa de agua superficial permitiendo su variabilidad vertical.