Variabilidade Espaço-Temporal da fugacidade do CO2 no sudoeste do oceano Atlântico Sul

Abstract

O oceano Atlântico tem uma função importante no ciclo global do dióxido de carbono (CO2), contudo o Atlântico Sul é menos amostrado em comparação ao Atlântico Norte. Para entender o comportamento da fugacidade do CO2 (fCO2) no sudoeste do oceano Atlântico Sul, foram desenvolvidos dois modelos sazonais (representando períodos de Primavera-Verão e Outono-Inverno no hemisfério sul) para reproduzir a variabilidade espaço-temporal da fCO2 entre 2011-2015. Os modelos de fCO2 foram produzidos usando modelos de regressão multilinear a partir de dados in situ provenientes dos bancos de dados do SOCATv5, LDEO v2017, e GOAL. A avaliação espaço-temporal da fCO2 foi investigada nos regimes de oceano aberto e plataforma continental, sendo que a última foi dividida nas províncias biogeoquímicas de Abrolhos-Campos (ACR), South Brazil Bight (SBB) e Southern Brazilian Shelf (SBS). Ambos os modelos reproduziram bem a distribuição espacial da fCO2 na região de estudo, com melhor reprodução do regime da plataforma nas margens brasileiras. O modelo para Primavera-Verão apresentou um coeficiente de determinação (r2) de 0.71 e um erro médio quadrático (RMSE) de 13.81 µatm, enquanto o modelo para Outono-Inverno apresentou um r2 de 0.64 e um RMSE de 10.05 µatm. Os modelos foram testados utilizando o banco de dados provenientes do cruzeiro FORSA, que ocorreu durante o inverno de 2015. Este teste apresentou bons resultados na comparação entre as saídas do modelo de fCO2 e os dados observados no FORSA (r2=0.95 e RMSE=16.22 µatm). Em geral, a variabilidade sazonal da fCO2 sobre a plataforma é controlada pelas dinâmicas da Corrente do Brasil e pela oscilação da posição da Frente Subtropical de Plataforma (STSF). A ressurgência costeira na ACR também apresentou influência sobre variações da fCO2 na região. As oscilações sazonais no sudoeste do Atlântico Sul são controladas por variações entre as principais forçantes, com a temperatura superficial do oceano controlando as variações entre dezembro e maio, e a distribuição do carbono inorgânico dissolvido total controlando as alterações entre junho e novembro. As regiões influenciadas pelas oscilações da STSF (i.e., SBS e SBB) mostraram que a distribuição da alcalinidade apresenta a maior influência da fCO2 durante o outono.

The Atlantic Ocean plays an important role on the global carbon dioxide (CO2) cycle, however the South Atlantic is comparatively less sampled then the North Atlantic. In order to understand the behaviour of the seawater CO2 fugacity (fCO2) in the southwestern South Atlantic Ocean, we developed two seasonal algorithms (representing the periods of Spring-Summer and Fall-Winter in the Southern Hemisphere) to reproduce the spatiotemporal variability of the seawater fCO2 between 2011-2015. The fCO2 algorithms were developed using multilinear regression with in situ data from SOCATv5, LDEO v2017, and Brazilian GOAL databases. Thus, allowing to include the continental shelf regime in the algorithms. The spatiotemporal variability of the seawater fCO2 was investigated on the open ocean and continental shelf regimes, with the latter subdivided into the biogeochemical provinces of the Abrolhos-Campos region (ACR), the South Brazil Bight (SBB), and the Southern Brazilian Shelf (SBS). Both seasonal algorithms well reproduced the seawater fCO2 spatial distribution in the study region, with an improved representation on the continental shelves of the south and southeast Brazilian margins. The Spring-Summer algorithm had a coefficient of determination (r2) of 0.71 and a root-mean-squared error (RMSE) of 13.81 µatm, while the Fall-Winter algorithm had a r2=0.64 and RMSE=10.05 µatm. The algorithms were assessed using the FORSA cruise dataset conducted during the winter of 2015, achieving a good agreement between modelled fCO2 outputs and observations (r2=0.95 and RMSE=16.22 µatm). In general, the seawater fCO2 seasonal variability on the continental shelf regime was controlled by the dynamics of the Brazilian Current and oscillations of the Subtropical Shelf Front position. The coastal upwelling on the ACR also influences the seawater fCO2 variations in the region. In general, the seawater fCO2 seasonal oscillation in the southwestern South Atlantic Ocean is driven by swings between the main drivers, with sea surface temperature controlling the changes between December-May and total dissolved inorganic carbon between June-November. The regions influenced by displacements of the Subtropical Shelf Front (i.e., SBS and SBB) show that distribution of total alkalinity also have a major influence on seawater fCO2 control during Fall.