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The biogeochemical structuring role of horizontal stirring: Lagrangian perspectives on iron delivery downstream of the Kerguelen Plateau

Authors :
A. Della Penna
Meng Zhou
Stéphane Blain
Francesco Nencioli
Cédric Cotté
Marie-Hélène Rio
Thomas W. Trull
Francesco d'Ovidio
Young-Hyang Park
Marie-Isabelle Pujol
Processus de couplage à Petite Echelle, Ecosystèmes et Prédateurs Supérieurs (PEPS)
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
CSIRO-UTAS Quantitative Marine Sciences PhD Program
University of Tasmania [Hobart, Australia] (UTAS)-Institute for Marine & Antarctic Studies
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Centre (ACE-CRC)
Plymouth Marine Laboratory (PML)
Collecte Localisation Satellites (CLS)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Austral, Boréal et Carbone (ABC)
University of Massachusetts [Boston] (UMass Boston)
University of Massachusetts System (UMASS)
Laboratoire d'Océanographie Microbienne (LOMIC)
Observatoire océanologique de Banyuls (OOB)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
Plymouth Marine Laboratory
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Observatoire océanologique de Banyuls (OOB)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Biogeosciences, Biogeosciences, 2015, 12 (19), pp.5567-5581. ⟨10.5194/bg-12-5567-2015⟩, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2015, 12 (19), pp.5567-5581. ⟨10.5194/bg-12-5567-2015⟩, Biogeosciences, Vol 12, Iss 19, Pp 5567-5581 (2015), Biogeosciences (1726-4170) (Copernicus Gesellschaft Mbh), 2015, Vol. 12, N. 19, P. 5567-5581
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

Field campaigns are instrumental in providing ground truth for understanding and modeling global ocean biogeochemical budgets. A survey however can only inspect a fraction of the global oceans, typically a region hundreds of kilometers wide for a temporal window of the order of (at most) several weeks. This spatiotemporal domain is also the one in which the mesoscale activity induces through horizontal stirring a strong variability in the biogeochemical tracers, with ephemeral, local contrasts which can easily mask the regional and seasonal gradients. Therefore, whenever local in situ measures are used to infer larger-scale budgets, one faces the challenge of identifying the mesoscale structuring effect, if not simply to filter it out. In the case of the KEOPS2 investigation of biogeochemical responses to natural iron fertilization, this problem was tackled by designing an adaptive sampling strategy based on regionally optimized multisatellite products analyzed in real time by specifically designed Lagrangian diagnostics. This strategy identified the different mesoscale and stirring structures present in the region and tracked the dynamical frontiers among them. It also enabled back trajectories for the ship-sampled stations to be estimated, providing important insights into the timing and pathways of iron supply, which were explored further using a model based on first-order iron removal. This context was essential for the interpretation of the field results. The mesoscale circulation-based strategy was also validated post-cruise by comparing the Lagrangian maps derived from satellites with the patterns of more than one hundred drifters, including some adaptively released during KEOPS2 and a subsequent research voyage. The KEOPS2 strategy was adapted to the specific biogeochemical characteristics of the region, but its principles are general and will be useful for future in situ biogeochemical surveys.

Details

Language :
English
ISSN :
17264170 and 17264189
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biogeosciences, Biogeosciences, 2015, 12 (19), pp.5567-5581. ⟨10.5194/bg-12-5567-2015⟩, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2015, 12 (19), pp.5567-5581. ⟨10.5194/bg-12-5567-2015⟩, Biogeosciences, Vol 12, Iss 19, Pp 5567-5581 (2015), Biogeosciences (1726-4170) (Copernicus Gesellschaft Mbh), 2015, Vol. 12, N. 19, P. 5567-5581
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f913e0f4408658629ef2cfd356c6f682
Full Text :
https://doi.org/10.5194/bg-12-5567-2015⟩