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Evaluating ocean warming and eutrophication across Puerto Rico’s coral reefs through the integration of remote sensing and in situ observations
Mejías Rivera, Carla
Mejías Rivera, Carla
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Abstract
Tropical coastal ecosystems, including mangroves, seagrasses, and coral reefs, are vital for biodiversity, ecosystem functionality, and human livelihoods. Despite their ecological and economic significance, global climate change and local anthropogenic stressors increasingly threaten these ecosystems. This dissertation evaluates three key challenges in Puerto Rico’s coastal ecosystems: ocean warming and coral bleaching impacts, the accuracy and application of remote sensing-derived Chl-a to assess coral reef eutrophication, and inshore-offshore gradients of coral nutrition subsidies. Analysis of ocean warming and heat stress events revealed significant warming and frequent coral bleaching events, with consistently lower heat stress across western reefs. Sentinel-3 OLCI-derived Chl-a overestimated in situ measured Chl-a for shallow coral reef sites, while tailored virtual stations improved accuracy. Measured Chl-a for most coral reefs in Puerto Rico exceeded the most stringent Chl-a eutrophication concentration thresholds. Additionally, assessments of particulate organic carbon variability, acidification, and temperature across mangrove, seagrass, and coral reef gradients highlight the role of nearshore ecosystems as sources of nutritional subsidies and the importance of coastal ecosystem linkages in helping corals withstand warming and acidification. Collectively, this dissertation provides an integrated perspective on ocean warming, nutritional subsidies, and remote sensing applications, offering critical insights for the management and restoration of Puerto Rico’s coral reefs under accelerating environmental change.
Los ecosistemas costeros tropicales, que incluyen los manglares, las praderas marinas y los arrecifes de coral, son vitales para la biodiversidad, la funcionalidad de los ecosistemas y los medios de vida humanos. A pesar de su importancia ecológica y económica, múltiples factores amenazan cada vez más estos ecosistemas. Esta disertación evalúa tres desafíos clave en los ecosistemas costeros de Puerto Rico: el calentamiento oceánico y el blanqueamiento de coral, la precisión y aplicación de Chl-a derivada de la teledetección para evaluar la eutrofización, y los subsidios a la nutricionales en el gradiente costero-oceánico. El análisis de los eventos de estrés térmico reveló un calentamiento significativo y frecuentes eventos de blanqueamiento de corales, con un estrés por calor consistentemente menor en los arrecifes occidentales. La Chl-a derivada de Sentinel-3 OLCI sobreestimó la Chl-a in situ para sitios de arrecifes de coral poco profundos, mientras que las estaciones virtuales modificadas mejoraron la precisión. La Chl-a medida para la mayoría de los arrecifes de coral en Puerto Rico excedió los umbrales de concentración de eutrofización de Chl-a más estrictos. Además, la evaluación de la variabilidad del carbono orgánico particulado, la acidificación y la temperatura a lo largo de los gradientes de manglares, pastos marinos y arrecifes de coral destacan el papel de los ecosistemas costeros como fuentes de subsidios nutricionales y la importancia de los vínculos de los ecosistemas costeros frente al calentamiento y la acidificación. En conjunto, esta disertación proporciona una perspectiva integrada sobre el calentamiento de los océanos, los subsidios nutricionales y la teledetección, proporcionando información importante para el manejo y la restauración de los arrecifes de coral de Puerto Rico ante el cambio ambiental acelerado.
Los ecosistemas costeros tropicales, que incluyen los manglares, las praderas marinas y los arrecifes de coral, son vitales para la biodiversidad, la funcionalidad de los ecosistemas y los medios de vida humanos. A pesar de su importancia ecológica y económica, múltiples factores amenazan cada vez más estos ecosistemas. Esta disertación evalúa tres desafíos clave en los ecosistemas costeros de Puerto Rico: el calentamiento oceánico y el blanqueamiento de coral, la precisión y aplicación de Chl-a derivada de la teledetección para evaluar la eutrofización, y los subsidios a la nutricionales en el gradiente costero-oceánico. El análisis de los eventos de estrés térmico reveló un calentamiento significativo y frecuentes eventos de blanqueamiento de corales, con un estrés por calor consistentemente menor en los arrecifes occidentales. La Chl-a derivada de Sentinel-3 OLCI sobreestimó la Chl-a in situ para sitios de arrecifes de coral poco profundos, mientras que las estaciones virtuales modificadas mejoraron la precisión. La Chl-a medida para la mayoría de los arrecifes de coral en Puerto Rico excedió los umbrales de concentración de eutrofización de Chl-a más estrictos. Además, la evaluación de la variabilidad del carbono orgánico particulado, la acidificación y la temperatura a lo largo de los gradientes de manglares, pastos marinos y arrecifes de coral destacan el papel de los ecosistemas costeros como fuentes de subsidios nutricionales y la importancia de los vínculos de los ecosistemas costeros frente al calentamiento y la acidificación. En conjunto, esta disertación proporciona una perspectiva integrada sobre el calentamiento de los océanos, los subsidios nutricionales y la teledetección, proporcionando información importante para el manejo y la restauración de los arrecifes de coral de Puerto Rico ante el cambio ambiental acelerado.
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Date
2025-04-30
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Keywords
Degree Heating Weeks, Coral Bleaching, Nutrient Subsidies, Eutrophication, Remote Sensing