Satellite remote sensing characterization of fish spawning aggregation sites in Puerto Rico and the United States Virgin Islands

Abstract

This work investigates the seasonality of the satellite-derived chlorophyll signal (Chl-a) at eight (8) established fish spawning aggregation sites in Puerto Rico and the United States Virgin Islands and events that might influence this signal. These fish spawning aggregation sites are recurrent, meaning that fish (i.e., red hind Epinephelus guttatus (Linnaeus) and mutton snapper Lutjanus analis (Cuvier)) aggregate at these sites every year, over the same periods of time. This indicates that these areas present a series of characteristics beneficial for the species to spawn. This approach can then be applied to describe fish spawning aggregation sites of other species, specifically to understand the reasons why these sites appear to be used sequentially by other species. Satellite images from NASA sensors SeaWiFS, MODIS Aqua and MODIS Terra, averaged over 8 day periods (weekly level 3 images), were used to derive Chl-a values for 12 sites between January 1999 and December 2008 using ocean color radiometry (OCR). Data and results are presented for eight spawning sites and four control sites between 17 and 20° N and 64 and 68° west. This is the basis for the development of the first 10-year climatology of surface chlorophyll fields at fish spawning aggregation sites in the US Caribbean. The results include temporal differences in the seasonality of surface chlorophyll and spatial differences among the sites over the 10-year time series. This climatology will provide the basis of comparison for any Chl-a anomalies in the water column that might impinge upon the success of the spawning at these sites. The basic question of what are the normal conditions at these sites during spawning months and the rest of the year are addressed as well as what are the possible phenomena responsible for the variability observed. Each site exhibited variability in the Chl-a signal with values ranging from a minimum of 0.01 (control sites) to a maximum of 0.74 mg/m3 (at two aggregations sites: Rene station (Rene, a mutton snapper aggregation site) and Tourmaline Bank (Tour, a red hind aggregation site)). Each site exhibited variability among years, for example the highest values of these two aggregations sites occurring in 2002 (Tour) and 2003 (Rene) and during different months (at Rene’s during November and at Tour during August). The Chl-a variability observed was discussed relative to other environmental and oceanographic parameters such as rain events and South America river intrusions. In situ data were examined to corroborate the satellitederived values. The satellite-derived Chl-a values obtained from the 10-year time series are all within the discrete in situ chlorophyll data available. This 10 year chlorophyll time series is the first available over such an extended period of time to describe a biogeochemical property of the water column at the eight (8) fish spawning aggregation sites. The information presented here adds one more parameter to the complexities of environmental cues for the success of fish spawning aggregations.

Este trabajo investiga la estacionalidad en la señal de clorofila (Chl-a) derivada de sensores remotos en ocho áreas de desove de peces en Puerto Rico y las Islas Vírgenes Americanas y los eventos que pudieran influenciar esta señal. Estas agregaciones de peces en áreas de desove son recurrentes, esto significa que (por ejemplo, el mero cabrilla Epinephelus guttatus (Linneo) y la sama (Lutjanus analis (Cuvier)) se agregan en estos lugares cada año, durante el mismo periodo de tiempo. Lo que indica que estas áreas presentan características beneficiosas para que la especie desove. Este método se podría aplicar para describir áreas de agregaciones de desove de otras especies, específicamente para entender las razones por las cuales estas áreas aparentemente las utilizan secuencialmente otras especies. Imágenes de satélite de los sensores de la NASA, SeaWiFS, MODIS-Aqua y MODIS-Terra, promediadas en períodos de ocho días (imágenes semanales de nivel 3) se utilizaron para derivar valores de Chl-a para las 12 áreas de muestreo entre enero de 1999 y diciembre de 2009 utilizando radiometría del color del océano. Se presentan los datos y resultados de ocho áreas de desove y cuatro áreas de control localizadas entre los 17° y 20° N y 64° y 68° O. Esta es la base para desarrollar la primera climatología de valores de clorofila de superficie de áreas donde se agregan los peces a desovar en el Caribe estadounidense. Los resultados muestran diferencias temporales en la estacionalidad de la clorofila de superficies y diferencias espaciales entre las áreas de desove en base a la serie de tiempo de 10 años. Esta climatología servirá de base contra la cual comparar cualquier anomalía en la señal de Chl-a en la columna de agua que pueda entorpecer el proceso de desove en las áreas de agregación. Se presentan respuestas a preguntas tan básicas como cuáles son las condiciones normales en estas áreas durante y fuera de los meses de desove y cuáles fueron los fenómenos que causaron la variabilidad en estas condiciones. Se encontró variabilidad en la señal de Chl-a en todas las áreas de desove y se reportaron valores entre un mínimo de 0.01 (en una de las áreas de control) hasta un máximo de 0.74 mg/m3 en dos de las áreas de desove, el área de desove de la sama (estación de muestreo Rene) y el Arrecife Tourmaline (estación de muestreo Tour) donde desova el mero cabrilla. Se demostró variabilidad interanual en cada estación como por ejemplo los máximos valores en estas áreas ocurrieron en el año 2002 en Tour y en el 2003 en Rene. También se demostró que los valores máximos se registraron durante diferentes meses del año (Rene en noviembre y Tour en agosto). La variabilidad en la señal de Chl-a se relaciona a parámetros ambientales y oceanográficos como los períodos de lluvias intensas y la presencia de aguas de los ríos provenientes de América del Sur. Se corroboraron los valores obtenidos de los sensores remotos con datos in situ. Se demostró que los valores obtenidos de la serie de tiempo de 10 años están entre rangos aceptados de Chl-a basado en los escasos datos de campo que hay disponibles. Esta es la primera serie de tiempo que se obtiene sobre un período largo de 10 años para describir una propiedad bioquímica de la columna de agua en ocho áreas donde se agregan peces a desovar. La información que se presenta añade una variable más entre las claves ambientales para un desove exitoso.