Distribution des paramètres de flux de carbone et de CO2 à l'interface air-mer dans l'Atlantique tropical oriental. Le niveau de CO2 dans l'air au début de la révolution industrielle (milieu du XVIIIe siècle, vers 1750) n'était que de 280 ppm.
CONTEXTE GENERAL DE L’ETUDE
Caractéristiques météorologiques et hydrologiques du Golfe de Guinée
- Conditions météorologiques
- Caractéristiques hydrologiques
- Circulation océanique de surface et de subsurface
- Upwellings côtiers et équatorial
- Fleuves et rivières
Le principal courant de surface dans l'océan Atlantique tropical oriental est le courant sud-équatorial (CES). La formation de la langue d'eau froide est le signal saisonnier dominant de SST dans l'Atlantique équatorial oriental.
Le cycle du carbone dans l’océan
- Carbone inorganique dissous (DIC)
- Alcalinité Totale (TA)
- pH de l’eau de mer
Sa valeur en surface dépend de la température et de la salinité de l'eau de mer. Le système carbonaté comprend 4 paramètres : la pression partielle de CO2 (pCO2), le carbone inorganique dissous (DIC), l'alcalinité totale (TA) et le pH de l'eau de mer.
Processus affectant la variabilité des paramètres de CO 2 dans l’océan de surface- 24 -
- Processus Biologiques
- Distribution de ∆pCO 2
25 - et la composition chimique de l'eau de mer et peut donc être considérée comme constante. L'enchaînement des processus physiques et biologiques explique la répartition de la différence de pCO2 entre l'océan et l'atmosphère.
DONNEES ET METHODES
Méthodes de mesures
- Mesure de la salinité (SSS)
- Mesure de la température (SST)
- Mesure de l’alcalinité totale (TA) et du carbone inorganique dissous (DIC)- 31 -
- Mesure directe de fCO 2
- Calcul de fCO 2 à partir de TA et DIC
- Détermination du flux air-mer de CO 2
- Mesures Biologiques
Lors des campagnes EGEE, la mesure de la température a été effectuée immédiatement après le prélèvement de l'eau de mer des bouteilles Niskin. La pression de vapeur d'eau dépend de la température de l'eau de mer (SST) et de la salinité (S).
Données complémentaires du carbone
L'objectif général du programme FOCAL (Mer française et climat de l'Atlantique équatorial) était de comprendre les mécanismes physiques responsables du climat et de son évolution. Il fait partie du programme national ECLAT (Climate Studies in the Tropical Atlantic), partie du programme international CLIVAR (Climate VARiability and predictability).
Méthodes statistiques
- Ecart-Type
- Erreur quadratique moyenne
- Biais moyen
- Coefficient de détermination
Le programme expérimental PIRATA (Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic) a été mis en place dans l'océan Atlantique tropical en 1997, dans le cadre du programme international CLIVAR (CLImatic VARiability and predictability). Le programme pluridisciplinaire BIOZAIRE visait à étudier les écosystèmes benthiques du Congo-Angola dans le golfe de Guinée (Sibuet et Vangriesheim, 2009). Les campagnes PIRATA et BIOZAIRE ont été l'occasion de mesurer les paramètres carbone.
Par exemple, des échantillons de paramètres carbone ont été collectés lors des missions PIRATA Fr-12 et BIOZAIRE 3, conduites de janvier à décembre 2003. Le coefficient de détermination représente la part de la variation de Y qui s'explique par les variations de X.
CONDITIONS HYDROLOGIQUES ET BIOGEOCHIMIQUES
Distribution des paramètres hydrologiques (Salinité et Température)
En général, la salinité augmente du nord de l'équateur au sud de l'équateur, couvrant une gamme de valeurs allant de 32 à 37. La température évolue en sens inverse et diminue du nord de l'équateur au sud de l'équateur dans une gamme de valeurs de 20°C à 30°C. Les conditions hydrologiques de toutes les campagnes EGEE sont caractérisées en moyenne par des valeurs de SSS plus faibles (< 35) associées à des SST plus élevées (>25°C) au nord de l'équateur (6°N-0) et des valeurs de SSS plus élevées (> 35) associée à une SST inférieure (<26°C) au sud de l'équateur (0–10°S).
Des valeurs SST élevées sont associées à une SSS faible au nord de l'équateur, tandis qu'au sud, une SST faible est similaire à une SSS élevée. Elle est délimitée au nord par des eaux chaudes et au sud de l'équateur par un front intense qui ondule sur une échelle horizontale de 800 à 1000 km.
Distribution des paramètres biogéochimiques
- Distribution des paramètres biologiques (sels nutritifs et fluorescence) en
- Sels nutritifs
- Fluorescence
- Analyse des profils de fluorescence et de nitrates
- Distribution des paramètres du carbone (TA et DIC)
- Facteurs de variabilité des paramètres du carbone (TA et DIC)
Les valeurs maximales de fluorescence sont plus élevées en juin qu'en septembre de la même année. Les profils de fluorescence et de nitrate pendant la saison d'upwelling sont représentés sur la Figure 23 en juin pour les années et campagnes de 2007. Ce type de profil de fluorescence avec des valeurs de fluorescence faibles en surface et des valeurs maximales en subsurface est régulièrement observé en zone tropicale. Régions.
La valeur maximale de fluorescence souterraine d'env. 0,6 µg L-1 est associé à la valeur minimale de nitrate (<1µmol kg-1) en juin 2007. De plus, les valeurs élevées de nitrate (>5µmol kg-1) sont observées en dessous de 50 m car elles sont consommées par le phytoplancton pendant la formation d'une fluorescence maximale.
Variabilité saisonnière des paramètres hydrologiques et du carbone
De plus, les valeurs DIC restent légèrement plus élevées au sud qu'au nord de l'équateur. Au nord du bassin, la variabilité saisonnière de la salinité est liée à la position de l'ITCZ. Durant cette période, la SST moyenne (~24°C) en septembre est inférieure à celle de juin (>25°C), indiquant la présence d'upwelling.
Le long de la radiale 2°E, de 6°N à l'équateur, la tendance saisonnière est caractérisée par des valeurs de TA et DIC plus élevées en septembre qu'en juin avec une amplitude de variation allant d'un minimum de 10 µmol kg-1 (3 °N) jusqu'à un maximum de 60 µmol kg -1 (6 °N) (Fig. 29b, d). Au nord de l'équateur, une SST élevée (>27°C) et une SSS faible (<35,5) par rapport à septembre entraînent un DIC et une TA plus faibles en juin qu'en septembre.
Variabilité interannuelle des paramètres hydrologiques et du carbone
- Amplitude des variations interannuelles de l’upwelling équatorial
Pour une saison donnée, l'intensité maximale de l'upwelling correspond à la valeur maximale de l'indice pour une zone donnée (Hardman-Mountford et McGlade, 2003). Pour l'année 2005, les valeurs positives de l'indice d'upwelling sont observées dans la période de juin à septembre. Elle marque le retrait de l'upwelling car en octobre la valeur de I found est négative.
La variabilité interannuelle de la SST est caractérisée par le décalage d'un mois entre l'apparition de l'upwelling en juin 2005 et celle de juillet 2006. L'intensité de l'upwelling a une forte influence sur la variabilité du DIC dans l'Atlantique tropical oriental.
Distribution de fCO 2 dans l’océan durant EGEE
En effet, lorsque l'upwelling est intense, l'apport de carbone à la surface est important et le DIC est alors élevé. Cependant, cet apport de carbone de surface par remontée d'eau peut être équilibré par l'activité biologique. Dans la zone étudiée, l'activité biologique étant faible, le DIC et l'élévation évoluent dans le même sens.
L'activité biologique reste très faible en surface et a donc peu d'influence sur les distributions en surface des paramètres du carbone. En revanche, les distributions de DIC et TA ne montrent pas de variations significatives d'une campagne EGEE à l'autre de 2005 à 2007.
RELATIONS ENTRE LES PARAMETRES
Relation alcalinité et salinité
N : nombre d'échantillons ; r2 : coefficient de détermination : rmse : root mean square error (en anglais) – en français mean square error. Cela a été déterminé à partir de toutes les valeurs TA et SSS disponibles sur les six campagnes (N = 195). Cependant, il présente un étalement très fort d'un facteur 10 fois supérieur à la valeur de l'ordonnée à l'origine.
En fait, la valeur de cette dispersion (± 27,22) est de l'ordre de grandeur des variations de TA observées (environ 1%).
Validation de la relation TA-SSS
Pour les zones plus restreintes, la différence entre la relation ajustée et les observations est plus faible. On peut donc considérer que la relation TA-SSS établie par les campagnes EGEE est valable pour la région 10oN-10oS, 10oW-10oE. Les données TA ont été collectées plus à l'ouest lors des campagnes ARAMIS et permettent de déterminer si la relation peut s'appliquer à cette partie de l'Atlantique tropical.
Le rapport établi sous EGEE donne les valeurs les plus basses de rmse et mbe, respectivement 10,87 µmol kg -1 et 0,52 µmol kg -1. Nous pouvons en déduire que la relation établie dans cette étude est applicable à l'ouest d'une plage de salinité comprise entre 32 et 38.
Cartes mensuelles (juin et septembre) d’alcalinité à partir des champs de
Les relations avec une pente entre 65 et 70 µmol kg-1 donnent la plus petite rmse. De plus, la relation de Lee et al (2006), qui prend en compte la SST, montre une différence par rapport à la relation établie qui dépend uniquement de la salinité. Comme à l'est, à l'ouest de l'Atlantique tropical, les relations TA-SSS avec des pentes comprises entre 65 et 70 µmol kg-1 permettent d'obtenir des rms faibles.
Les amplitudes des TA estimées au nord sont de 310 µmol kg-1 en juin et 338 µmol kg-1 en septembre. Cette différence importante dans l'estimation de TA s'explique par le fait que les minima de TA se situent dans la partie nord-est du bassin, influencée par les fleuves (baie du Biafra) et le fleuve (Niger) et les fortes précipitations locales qui se sont produites dans Juin est enregistré ( figure 7).
DIC-SSS-SST
- Etablissement de la relation DIC-SSS-SST
- Validation de la relation DIC-SSS-SST des campagnes EGEE
- Variabilité temporelle du DIC dans l’Est de l’Atlantique tropical
La variabilité du DIC s'explique à 90% par les effets de la température et de la salinité. Il y a un écart important dans l'estimation du DIC pour la campagne BIOZAIRE à partir du ratio EGEE. Contrairement à la campagne BIOZAIRE, les valeurs DIC pour la campagne ANTXI/1 sont relativement proches des valeurs DIC calculées à partir de la relation DIC-SSS-SST.
Cependant, les évolutions temporelles du DIC observé sont plus importantes au sud de la zone que celles au nord de l'équateur. Dans la relation DIC-SSS-SST, pour une même salinité, une diminution de SST implique une augmentation de DIC.
La fugacité de CO 2 océanique (fCO 2 )
- Calcul de la fCO 2
- Cartes de la fugacité de CO 2 océanique en juin et septembre
- Evolution temporelle de fCO 2 dans l’océan (fCO 2 )
Le reste de l'augmentation de fCO2 (16 µatm) est lié à l'effet de mélange horizontal et à l'augmentation du CO2 atmosphérique. Car cet effet atmosphérique se charge presque du reste de l'augmentation de la fCO2 océanique. Dans la partie nord du bassin, l'augmentation de la fCO2 s'explique par la prépondérance de l'augmentation du CO2 atmosphérique suivi de l'effet thermodynamique.
Malgré cette surestimation, il est un fait que les deux processus majeurs sont l'effet de la température et l'augmentation du CO2. 88 - A la fin de la mousson, tant au nord qu'au sud de l'équateur, l'augmentation de la fCO2.
Variabilité du flux air-mer de CO 2 lors des campagnes EGEE
Les coefficients d'échange de Boutin et al., (2009), calculés avec les vents QUICKSCAT ont été utilisés (ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/cersat/products/gridded/kco2-quikscat/). A partir des cartes fCO2 précédentes, des cartes d'inondation pour les mois de juin et septembre sont obtenues (Figure 44). Ces valeurs de flux ont la même tendance que celle de la fCO2 estimée pour les mois de juin et septembre.
Avec 2006 prise comme année médiane, les discussions sur les flux ont porté sur la période de juin à novembre de la même année. Le gradient nord-sud observé dans la distribution de fCO2 est présent dans l'écoulement.
Extrapolation du flux air –mer de CO 2 sur toute l’année
Impact of Congo River discharges on the surface and deep layers of the Gulf of Guinea. A one-dimensional modeling study of the diurnal cycle in the equatorial Atlantic aboard the PIRATA buoys during the EGEE-3 campaign. Annual and interannual variations of the freshwater budget in the tropical Atlantic Ocean and Caribbean Sea.
It is not surprising that the CO2 source of the ocean is higher south of the equator than in the North. Surface CO2 parameters and air-sea CO2 flux distribution in the eastern equatorial Atlantic. The wide range of estimates of the air-sea CO2 flux can be explained by the undersampling and the high natural variability in the eastern equatorial Atlantic.
The variability of the carbon parameters in the eastern equatorial Atlantic depends strongly on the current system.
