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Simulation of the planktonic ecosystem response to pre- and post-1976 forcing in an isopycnic model of the North Pacific

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Abstract:

To investigate the hypothesis that the 1976 "regime shift" in North Pacific fish populations resulted from climatic change propagating up the fisheries food web, we have embedded a four-component planktonic ecosystem model in an ocean general circulation model. The Miami isopycnic model (MICOM) has been implemented on a 2° grid over the domain from 18°S to 61°N, with a Kraus–Turner-type mixed layer model overlaying 10 isopycnal layers. An initial baseline run with forcing for the period 1952–1988 reasonably reproduces the spatial patterns and seasonal changes in SeaWiFS images. Estimates of annual net and export production compare well with contemporary observations of primary and export production at Ocean Station Papa in the subarctic North Pacific but are low by a factor of 8–10 at station ALOHA near Hawaii. Two subsequent runs with forcing for the periods 1952–1975 and 1977–1988 show the main gyres to strengthen after 1976 with large areas of increased mixed layer depth. In the light-limited subarctic, limited areas of shallower spring mixed layer produced increased phytoplankton biomass, whereas in the nutrient-limited subtropical gyre, increased nutrients (or migration of the subarctic front and the equatorial current system into the gyre) after 1976 correlated with increased plankton biomass.

Pour évaluer l'hypothèse selon laquelle le « changement de régime » observé en 1976 chez les populations de poissons du Pacifique Nord est dû à une modification du climat qui s'est répercutée à travers la chaîne alimentaire jusqu'aux poissons, nous avons incorporé un modèle écosystémique du plancton à quatre compartiments à un modèle général de circulation océanique. Le modèle isopycnique de Miami (MICOM) a été appliqué à une grille ayant une résolution de 2° et couvrant un domaine de calcul allant de 18°S à 61°N, avec une modélisation de la couche de mélange de type Kraus–Turner superposant 10 couches isopycniques. Un premier passage du modèle avec forçage pour la période 1952–1988 a généré des patterns spatiaux et des changements saisonniers qui correspondent de façon satisfaisante aux images des capteurs SeaWiFS. Les estimations des productions annuelles nette et exportée se comparent avantageusement aux observations récentes des productions primaire et exportée à la « Ocean Station Papa » dans le Pacifique Nord subarctique, mais elles sont trop basses par un facteur de 8–10 à la station ALOHA près d'Hawaii. Deux passages subséquents du modèle avec forçage pour les périodes de 1952–1975 et de 1977–1988 montrent un renforcement des tourbillons océaniques après 1976, ainsi que la présence de grandes surfaces où la profondeur de la couche de mélange s'est accrue. Dans la région subarctique où la lumière est le facteur limitant, les zones réduites de couches de mélange peu profondes au printemps ont produit des biomasses accrues de phytoplancton; en revanche, dans le tourbillon subtropical où les nutriments sont le facteur limitant, une augmentation des nutriments (ou la migration dans le tourbillon subtropical du front subarctique et du système du courant équatorial) après 1976 est en corrélation avec une croissance de la biomasse du plancton.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2001

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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