Hurricane forcing of phytoplankton biomass in the Sargasso Sea

Abstract

Phytoplankton is responsible for half of the world’s oxygen and plays an important role in carbon sequestration. Satellite ocean color sensors provide estimates of chlorophyll-a concentration [chl-a] from phytoplankton pigments. This study examines and quantifies the physical (ocean-atmosphere) variables that trigger an increase in [chl-a] signal due to the passage of hurricanes near the Sargasso Sea region over a 10-year period. Ocean color satellite products derived from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Sea Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) were used to analyze changes in [chl-a] and sea surface temperatures (SST) along each storm track. Data from the Hurricane Research Division (HRD) were gathered to examine the path of 40 hurricanes that crossed the study region along with other physical parameters including: wind speed, hurricane size, barometric pressure, and transit speed in an attempt to correlate one or more of these variables with post [chl-a] increases. National Center for Atmospheric Research (NCAR) composites images of vector wind, sea level pressure, and precipitation rate were evaluated in order to get a better insight for the selected hurricane case studies. The study revealed that 78% of the storms (2000-2010) events exhibited a postincrease in [chl-a] and 95% presented a decrease in SST. Generalized [chl-a] increases where better explained by determining the ratio between each storm average transit speed (negatively correlated with [chl-a] increases) to each average wind speed (positive correlation with [chl-a] increases). Index Terms—Chlorophyll, hurricane, phytoplankton, primary productivity, satellite ocean color, remote sensing, sea surface temperature.

El fitoplancton es responsable de la mitad del oxígeno producido en el Planeta Tierra y también juega un papel importante en el secuestro de carbón. Sensores satelitales de color del océano proveen estimados de la concentración de clorofila-a [chl-a] basado en los pigmentos fitoplanctónicos. Este estudio examinó y cuantificó las variables físicas (océano-atmósfera) que pueden propiciar un aumento en la señal de clorofila-a debido al paso de huracanes cerca de la región del Mar del Sargazo durante un periodo de 10 años. Productos de satélite de color del océano son derivados de los sensores “Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer” (MODIS) y “Sea Wide Field-of-view Sensor” (SeaWiFS) cuyo propósito facilita el análisis de cambios en la [chl-a] y temperaturas superficiales del mar (SST) a lo largo de la trayectoria de cada tormenta. Datos del “Hurricane Research Division” (HRD) fueron colectados para examinar el paso de 40 huracanes que atravesaron la región de estudio junto con otros parámetros físicos que incluyen: velocidad del viento, tamaño del huracán, presión barométrica, y velocidad de traslación del sistema en un intento de correlacionar una o mas de estas variables con eventuales aumentos de [chl-a]. Imágenes procedentes del “National Center for Atmospheric Research” (NCAR) fueron usadas para obtener información adicional sobre las condiciones atmosféricas como vectores de viento, presión a nivel de superficie, y razón de precipitación de modo de obtener un mejor entendimiento sobre algunos casos de interés particular. Este estudio reveló que el 78% de los eventos asociados al paso de huracanes (2000-2010) presentaron un aumento en la [chl-a] y una disminución de 95% en la SST. Aumentos generalizados de [chl-a] fueron mejor explicados mediante el uso de una razón entre la velocidad de traslación de cada huracán (correlación inversa con aumentos en [chl-a]) a la velocidad promedio de vientos de cada sistema (correlación positiva con aumentos en [chl-a]). Índice de Términos—Clorofila, huracán, fitoplancton, producción primaria, color del océano, temperatura de la superficie del mar.