Biophysical 3D modeling approach of the Canary Current System: a ROMS-PISCES coupling study

Máster Universitario en Oceanografía

Modelización tridimensional del Ecosistema de la Corriente de Canarias: un estudio de acoplamiento ROMS-PISCES

[ES]Las denominadas Corrientes de Frontera Este comprenden ecosistemas complejos debido a la presencia de procesos a mesoscala y submesoscala que aumentan la variabilidad del sistema. Los modelos de acoplamiento físico-biológico son herramientas bastante interesantes para ayudar a entender dicha variabilidad. Aunque se han desarrollado modelos para los sistemas de afloramiento de las Corrientes de California y de Humboldt, el Ecosistema de la Corriente de Canarias sigue sin ser ampliamente estudiado bajo este enfoque. En este trabajo mostramos los primeros resultados de un modelo acoplado ROMS (Sistema de Modelización de Oceanografía Regional)-PISCES (Esquema de Interacción Pelágica para Estudios de Carbono y de Ecosistemas) para el Ecosistema de la Corriente de Canarias. PISCES simula la productividad oceánica y la variabilidad espacio-temporal de los ciclos de carbono y de nutrientes (P, N, Si, Fe). Como un primer paso, hemos usado la distribución de clorofila como proxy para determinar el funcionamiento del modelo. Se ha observado que los patrones de la distribución de clorofila concuerdan bastante bien con las observaciones realizadas por imágenes de satélite, aunque también se observa que el modelo subestima los valores de las concentraciones. También se compara la distribución de clorofila en la columna de agua con datos reales observándose una buena relación con la clorofila modelada. Además, se incluyen directrices a seguir para mejorar el modelo.

Impacto de la circulación ecuatorial en la zona mínima de oxógeno presente en el norte del Ecosistema de la Corriente del Humboldt

El Norte del Ecosistema de la Corriente Humboldt (NECH) constituye una de las mayores zonas de afloramiento, localizada en el borde oriental del Pacifico Sur, la cual presenta características particulares, entre las que destacan una alta producción primaria y la presencia de una de las zonas mínimas de oxigeno (ZMO) más intensas en el océano abierto. La ZMO presente en esta zona es producto de la alta demanda de oxígeno durante la remineralización de la materia orgánica, el largo tiempo de residencia de sus aguas y su poca ventilación. En el presente estudio nos enfocamos en estudiar la influencia de cambios en la ventilación en la ZMO del NECH, tomando como las principales fuentes de aporte de oxígeno en esta zona a la Corriente Sub-superficial Ecuatorial (EUC) y las Contracorrientes Sub-superficiales del Sur (SSCCs) o también conocidas como los Jets de Tsuchiya. Utilizamos el modelo acoplado físico-biogeoquímico ROMS-PISCES, para observar la sensibilidad de la ZMO a diferentes condiciones de la circulación ecuatorial provenientes de dos modelos oceánicos de circulación general (SODA y MERCATOR). Los resultados muestran que el flujo de oxígeno a los 88ºW disminuye latitudinalmente de la EUC a los SSCCs; además, se observa que la ZMO desaparece de los 4ºN - 4ºS en la simulación que presenta una circulación más intensa (RPSoda) por lo que se puede concluir que una intensificación de la circulación ecuatorial afectaría principalmente a la zona ecuatorial y no frente a Perú, debido a que una mayor ventilación sería compensada con un mayor consumo de oxigeno durante la remineralización, producto de una alta productividad generada por un mayor flujo de nutrientes.

End-to-end modelling for an ecosystem approach to fisheries in the Northern Humboldt Current Ecosystem

This work represents an original contribution to the methodology for ecosystem models' development as well as the rst attempt of an end-to-end (E2E) model of the Northern Humboldt Current Ecosystem (NHCE). The main purpose of the developed model is to build a tool for ecosystem-based management and decision making, reason why the credibility of the model is essential, and this can be assessed through confrontation to data. Additionally, the NHCE exhibits a high climatic and oceanographic variability at several scales, the major source of interannual variability being the interruption of the upwelling seasonality by the El Niño Southern Oscillation, which has direct e ects on larval survival and sh recruitment success. Fishing activity can also be highly variable, depending on the abundance and accessibility of the main shery resources. This context brings the two main methodological questions addressed in this thesis, through the development of an end-to-end model coupling the high trophic level model OSMOSE to the hydrodynamics and biogeochemical model ROMS-PISCES: i) how to calibrate ecosystem models using time series data and ii) how to incorporate the impact of the interannual variability of the environment and shing. First, this thesis highlights some issues related to the confrontation of complex ecosystem models to data and proposes a methodology for a sequential multi-phases calibration of ecosystem models. We propose two criteria to classify the parameters of a model: the model dependency and the time variability of the parameters. Then, these criteria along with the availability of approximate initial estimates are used as decision rules to determine which parameters need to be estimated, and their precedence order in the sequential calibration process. Additionally, a new Evolutionary Algorithm designed for the calibration of stochastic models (e.g Individual Based Model) and optimized for maximum likelihood estimation has been developed and applied to the calibration of the OSMOSE model to time series data. The environmental variability is explicit in the model: the ROMS-PISCES model forces the OSMOSE model and drives potential bottom-up e ects up the foodweb through plankton and sh trophic interactions, as well as through changes in the spatial distribution of sh. The latter e ect was taken into account using presence/ absence species distribution models which are traditionally assessed through a confusion matrix and the statistical metrics associated to it. However, when considering the prediction of the habitat against time, the variability in the spatial distribution of the habitat can be summarized and validated using the emerging patterns from the shape of the spatial distributions. We modeled the potential habitat of the main species of the Humboldt Current Ecosystem using several sources of information ( sheries, scienti c surveys and satellite monitoring of vessels) jointly with environmental data from remote sensing and in situ observations, from 1992 to 2008. The potential habitat was predicted over the study period with monthly resolution, and the model was validated using quantitative and qualitative information of the system using a pattern oriented approach. The nal ROMS-PISCES-OSMOSE E2E ecosystem model for the NHCE was calibrated using our evolutionary algorithm and a likelihood approach to t monthly time series data of landings, abundance indices and catch at length distributions from 1992 to 2008. To conclude, some potential applications of the model for shery management are presented and their limitations and perspectives discussed.

Biologia reprodutiva de Heros efasciatus Heckel, 1840 (Pisces, Cichlidae) na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Amanã-AM, visando seu manejo sustentável

Com o principal objetivo de fornecer ferramentas para auxiliar na implementação do manejo sustentável de peixes ornamentais na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Amanã, Amazonas, foi realizado o estudo da biologia reprodutiva de Heros efasciatus Heckel, 1840, um ciclídeo com potencial ornamental e com poucos trabalhos sobre a sua biologia e ecologia, apesar de já ser comercializado em algumas regiões amazônicas. Coletas bimestrais foram realizadas de fevereiro de 2006 a janeiro de 2007 em dez igarapés contribuintes do Lago Amanã e Urini, sendo utilizados três aparelhos de pesca (rede de arrasto, rapiché e armadilha tipo matapi) e ainda galhadas artificiais nas amostragens realizadas próximas aos lagos. Foram capturados 140 exemplares de H. efasciatus, sendo 50 fêmeas, 42 machos, e 46 indivíduos cujo sexo não foi identificado devido ao pequeno tamanho. O tipo de crescimento encontrado foi isométrico, sendo que o maior indivíduo observado apresentava 174 mm e o menor 14 mm. Os resultados encontrados auxiliarão na adoção de medidas de manejo, como a determinação de tamanhos mínimos de captura, superiores aos tamanhos médios de maturação (97 mm para as fêmeas) e o estabelecimento de períodos de defeso durante a época de sua reprodução (outubro a janeiro). A pequena abundância de indivíduos da espécie, quando comparada com o total de exemplares capturados (apenas 0,07%) e a baixa fecundidade média, de 2502 ovócitos, indica que se deve trabalhar anualmente apenas com um pequeno número de indivíduos, a fim de garantir a continuidade do estoque.

Experimental susceptibility of some reef fish species to Benedenia lutjani (Monogenea : Capsalidae), a parasite of Lutjanus carponotatus (Pisces : Lutjanidae)

The susceptibility of species of lutjanid, lethrinid and serranid fish to infection by either larval or post-larval (juvenile and adult) specimens of the capsalid monogenean Benedenia lutjani Whittington and Kearn (1993) was examined experimentally. Four species of lutjanids became infected when exposed to larvae of B. lutjani, but three species of lethrinids and four species of serranids were not susceptible to larvae under the same conditions. Variability in the intensity of infection by larvae occurred within and between lutjanid species. Few post-larval specimens of B. lutjani transferred between individuals of the specific host Lutjanus carponotatus (Richardson 1842) in 60-l aquaria and none transferred between specimens of L. carponotatus in a 7,500-l concrete tank. These results indicate that transfer of post-larval B. lutjani between individuals of the specific host is unlikely to occur in the wild. Other lutjanid species did not become infected when exposed to specimens of L. carponotatus infected heavily by post-larval B. lutjani, but two lethrinid species were susceptible to infection under the same conditions. These data indicate that different factors may mediate host-specificity for larval and post-larval B. lutjani.

The status of the Diplosentidae (Acanthocephala : Palaeacanthocephala) and a new family of acanthocephalans from Australian wrasses (Pisces : Labridae)

The status and composition of the Diplosentidae Tubangui et Masilungan, 1937 are reviewed. The type species of the type genus, Diplosentis amphacanthi Tubangui et Masilungan, 1937 from Siganus canaliculatus (Park, 1797) in the Philippines, is concluded to have been described inaccurately,in supposedly possessing, only two cement glands and lemnisci enclosed in a membranous sac. The species is almost certainly very close to species of Neorhadinorhynchus yamaguti, 1939 and Sclerocollum Schmidt of Paperna, 1978 which have also been reported from siganids from the tropical Indo-Pacific. Species of these genera have four cement glands and unexceptional lemnisci. As a result, Diplosentis Tubangui et Masilungan, 1937 is best considered to have affinities with the Cavisomidae Meyer, 1932. The Cavisomidae has priority over the Diplosentidae; thus the Diplosentidae becomes a synonym of the Cavisomidae. Neorhadinorhynchus and Sclerocollum are considered synonyms of Diplosentis. The affinities of the other species and genera formerly included in the Diplosentidae (other species of Diplosentis, Allorhadinorhynchus Yamaguti, 1959, Amapacanthus Salgado-Maldonado et Santos, 2000, Pararhadinorhynchus Johnston et Edmonds, 1947, Golvanorhynchus Noronha, do Fabio et Pinto, 1978 and Slendrorhynchus Amin et Soy, 1996) are discussed. It is concluded that all but Pararhadinorhynchus, two species of Diplosentis and Amapacanthus can be accommodated elsewhere satisfactorily. A new family, Transvenidae, is proposed for a small group of acanthocephalans that genuinely possess only two cement glands. Transvena annulospinosa gen. n., sp. n. is described from the labrids Anampses neoguinaicus Bleeker, 1878 (type host), A. geographicus Valenciennes, 1840, A. caeruleopunctatus Ruppell, 1829, Hemigymnus fasciatus (Bloch, 1792), and H. melapterus (Bloch, 1791) from the Great Barrier Reef, Queensland, Australia. Transvena gen. n. is distinguished from all other acanthocephalan genera by having a combination of a single ring of small spines on its trunk near or at the junction between the neck and trunk, two cement glands, a double-walled proboscis receptacle and hooks which decrease in length from the apex to the base of the proboscis. A second new genus within the Transvenidae, Trajectura, is proposed for T. perinsolens sp. n. from Anampses neoguinaicus, also from the Great Barrier Reef. Trajectura gen. n. is distinguished by the possession of only two cement glands and an anterior conical projection (function unknown) on the females. Diplosentis ikedai Machida, 1992 shares these characters and is recombined as Trajectura ikedai comb. n. Pararhadinorhynchus is transferred to the Transvenidae and Diplosentis manteri Gupta et Fatma, 1979 is recombined as Pararhadinorhynchus manteri comb. n.

A new species of Malacoctenus from the Cape Verde Islands, eastern Atlantic (Pisces Teleostei, Labrisomidae)

Malacoctenus carrowi is described on the basis of three specimens from the Cape Verde Islands. The species is most similar to the only other eastern Atlantic species of the same genus, Malacoctenus africanus Cadenat, 1951. M. carrowi differs in colouration, a more elongated body, longer snout length, lower lateral line scale count and the absence of scales on the breast and is probably endemic to the Cape Verde Islands. A key to the Atlantic species of Malacoctenus is provided.

Uppermost Miocene Lamniform Selachians (Pisces) from the Alvalade basin (Portugal)

This paper deals with Lamniform teeth collected in deposits from the Esbarrondadoiro Formation, Alvalade Basin in Southern Portugal. The following genera were recognized: Carcharias, Pseudocarcharias, Alopias, Isurus and Carcharocles. The species Carcharias acutissima is by far the most predominant, all other taxa being rare or very rare. This situation points to neritic, tropical to subtropical, rather shallow waters not far away from the coast. This is corroborated by the rarity of the associated, mainly pelagic, taxa. The ratio between C. acutissima and the remaining Lamniforms as a whole is markedly uneven between Esbarrondadoiro and the localities of Santa Margarida and Vale de Zebro. This suggests quite different environmental conditions, a matter that will require a more thorough examination taking into account all palaeontologic and geologic data.

Controle biológico de Biomphalaria glabrata (Say, 1818) através de Tilapia nilotica (Hasselquist, 1757), em laboratório (Pulmonata, Planorbidae. Pisces, Cichlidae)

O peixe cichdeo Tilapia nilotica (Hasse/quist, 1757) I = Sarotherodon niloticus Linnaeus, 1758) foi capaz de impedir o crescimento de 4 populações de 20 espécimens (14-16 mm de diâmetro) de Biomphalaria glabrata (Say, 1818), mantidas em aquários de vidro, durante cinco semanas, em laboratório. No Aquário nº 1 foi introduzido um alevino com 55 mm de comprimento (não computada a nadadeira caudal); no de nº 2, um com 63 mm; no de nº 3, dois alevinos: com 40 e 46 mm, respectivamente; e, finalmente, no de nº 4, três espécimens: com 38,39 e 42 mm, respectivamente. Os peixes destruíram as desovas dos planorbíneos depositadas nas paredes de vidro dos aquários - impedindo, assim, as eclosões e, consequentemente, o aumento das quatro populações em estudo. Reversamente, quando retirados, as populações de planorbíneos cresceram em número. Não obstante, salienta-se a necessidade de investigações de campo, afim de avaliar a atividade predatória daquele ciclídeo em condições naturais.

Biologia alimentar de três espécies de Triportheus (PISCES: CHARACOIDEIL, CHARACIDAE) do Lago do Castanho, Amazonas

Neste trabalho, é discutida a composição do conteúdo estomacal de três espécies de sardinha: Triportheus angulatus, Triportheus elongatus e Triportheus culter, do lago do Castanho, um lago de várzea localizado na Amazônia Central, com o objetivo de determinar o comportamento alimentardessas espécies, comparativamente, em funções de variações hidrológicas e ecológicas regionais, e desenvolvimento dos indivíduos. Paralelamente, procura-se correlacionar determinadas estruturas morfoanatômicas de adaptação ligadas mais diretamente ao tipo de regime alimentar de cada espécie como dentes e rastros branquiais. Em conseqüência dos tipos de alimentos ingeridos e observações de campo é feita a caracterização do possível bíotopo ocupado pelas espécies.

Contribuição ao conhecimento da biologia de Carcharhinus porosus Ranzani, 1839 (PISCES, CHONDRICHTHYES) das reentrâncias Maranhenses

184 machos da Carcharchinus porosas foram capturados com rede de emalhar nas Reentrâncias Maranhenses, entre Cururupu (1º 20' S e 45º W) e São Luis (2º 241 30'' S e 44º W) no período de outubro de 1983 à janeiro de 1984 e de junho à setembro de 1984. O desenvolvimento dos machos desta espécie foi estudado através da relação peso-comprimento e do crescimento: dos claspers, dos testículos, dos epidídimos e do fígado. Com exceção dos claspers e do fígado, o crescimento dos órgãos em questão é contínuo. No crescimento dos claspers evidenciou-se 3 fases que correspondem: a fase juvenil, a fase de adolescência e a fase adulta. Demonstrou-se, também, que existe uma descontinuidade no crescimento do fígado no momento da passagem da fase de adolescência à fase adulta, e que esta se verifica quando se relaciona o peso deste órgão com o peso corporal. Esfregaços do conteúdo da visívula seminal mostraram que o líquido branco presente neste órgão é livre de espermatozóides até 70 cm. Com base no crescimento dos claspers e na produção de espermatozóides normais, estabeleceu-se o tamanho de primeira maturidade em 71 cm (fim da fase de adolescência) e o tamanho de 100% de maturidade em 75 cm (início da fase adulta).

DESCRIÇÃO DAS LARVAS DE Psectrogaster amazonica E Potamorhina altamazonica (CURIMATIDAE, PISCES) DA AMAZONIA CENTRAL

Foram descritas as larvas de Psectrogaster amazonicae Potamorhina altamazonica,obtidas por fecundação artificial. As características morfológicas, morfométricas foram apresentadas segundo a classificação de estádios de desenvolvimento. As larvas das duas espécies podem ser separadas pelo padrão de pigmentação e número de miômeros.

INVENTÁRIO TAXONÔMICO DOS ANOSTOMÍDEOS (PISCES, ANOSTOMIDAE) DA BACIA DO RIO UATUMÃ-AM, BRASIL, COM DESCRIÇÃO DE DUAS ESPÉCIES NOVAS.

O presente estudo trata do inventário, descrição e ilustração das espécies de anostomídeos da bacia do rio Uatumã. Ele foi desenvolvido com base na coleção de peixes do INPA, montada a partir de um intenso programa de coletas, na bacia do Uatumã, nas áreas de influência das usinas hidrelétricas de Balbina e Pitinga, ambas no estado do Amazonas. Para a maioria das espécies são feitos comentários sobre os caracteres diagnósticos, área de distribuição, biótopos preferenciais e principais variações do padrão de colorido entre adultos e jovens. As vinte e duas espécies identificadas pertencem a 8 gêneros, sendo Leporinusdominante, com 12 espécies, seguido de Laemolyta, Anostomuse Pseudanos,com duas e de Schizodon, Anostomoides, Synaptolaemuse Gnathodolus,com uma espécie cada. Dentre os peixes inventariados, duas espécies são consideradas novas e descritas (Leporinus uatumaensissp.n e Leporinus pitingaisp.n.) A partir deste estudo, as espécies tiveram sua área de ocorrência ampliada, já que algumas delas só haviam sido assinaladas para a localidade-tipo.

Aspectos morfológicos e ultraestruturais do Espermatozóide de Curimata Inornata Vari, 1989 (Pisces, Teleostei) do Rio Amazonas

Estão descritos aspectos morfológicos e ultraestruturais do espermatozóide de Curimata inornata Vavi, 1989 (Pisces,Teleostei) observados com microsopia óptica e microscopia eletrônica de transmissão. O espermatozóide é constituído de cabeça, contendo um núcleo ovoide com cromatina granular densa, uma peça intermediária curta e uma cauda com a constituição axonêmica clássica de microtúbulos de 9p+2.