Modlisation des cycles biogochimiques et de lcosystme marins

Modélisation des cycles biogéochimiques et de l’écosystème marins en Méditerranée Caroline Ulses, Fayçal Kessouri, Claude Estournel, Patrick Marsaleix Laboratoire d’Aérologie En collaboration avec le groupe Dewex-Mermex, MERCATOR et le CNRM

Tramontane Mistral Quantification de la production et de l’export de carbone dissous et particulaire (Source : M. Canals, GRGM, Université de Barcelone)

Rôle de la Med NW sur la ventilation et les flux air-mer de CO 2 Influence des régions orientales dans la Med NW

Modèle biogéochimique Eco 3 m-S (version étendue du modèle décrit par Auger et al. (2014)) : cycles C, N, P, Si, ratio internes du phytoplancton variables, ajout de l’O 2 et du système de CO 2 Air – sea exchanges Zooplankton Respiration Bacteria p Predation Phytoplankton Respiration Pico (Chl, C, N, P) Nano (Chl, C, N, P) Micro (Chl, C, N, P, Si) Oxygen (Dissolved O 2) (C) Exudation Egestion Assimilation to ho sy e hth sis Nano (C) Micro (C) Meso (C) CO 2 system DIC, Alkalinity DOM DIM POM Mortality Small (C, N, P, Chl) Large(C, N, P, Si) (C, N, P) Nitrate Ammonium Phosphate Silicate Deposition Re-Mineralisation Vertically-integrated benthic model (Soetaert et al. , 2001) Nitrification

Implémentation Forçage atmosphérique ALADIN (12 km)/ECMWF (1°/8, 3 h), p. CO 2 mesurée à Lampedusa Physique : NEMOMed 12/PSY 2 V 2 R 4 2000 -2013/2010 -2014 Frontière ouverte Atlantique Données WOA Forçages fluviaux 34 rivières + points de ruissellement Ludwig et al. (2010) Initialisation Bio Valeurs issues de relations Nutriments et O 2 = f (densité) * Données MEDAR/MEDATLAS (Lavezza et al. , 2011)

Implémentation Forçage atmosphérique : ALADIN (12 km, 3 h)/ECMWF (1°/8, 3 h), p. CO 2 mesurée à Lampedusa Forçage fluvial : 15 rivières (Données journalières pour le Rhône, pers. comm. P. Raimbault) Physique : Symphonie S 26 Forçages aux frontières/Initialisation Physique et Biogéochimie cohérents Modèle de bassin

Distribution verticale BOUM Eté 2008 § Gradient Est - Ouest dans les masses d’eaux profondes représenté § Profondeur des nitracline et phosphacline correcte pers. comm. M. Pujo-Pay Phosphate Nitrate 0 0 - 500 - 1000 - 1500 - 2000 - 2500 - 3000 - 3500 - 4000 0 0. 2 0. 3 - 3500 0. 4 mmol/m 3 - 4000 0 2 4 6 8 mmol/m 3 7

Distribution verticale Modèle 0 BOUM Eté 2008 - 50 - 100 - 150 - 200 pers. comm. L. Prieur - 250 - 300 Observations 0 Profondeur et l’intensité du maximum de Chl sont bien reproduites dans les 2 sous-bassins. - 50 - 100 - 150 - 200 0 - 250 0. 5 mg/m 3 1 - 300 8

Distribution verticale BOUM Eté 2008 pers. comm. C. Goyet, F. Touratier § Gradient Est - Ouest dans les masses d’eaux profondes bien représenté § Augmentation du DIC et de l’alacalinité dans les couches intermédiares reproduite correctement Dissolved inorganic carbon µmol/kg Total alkalinity µmol/kg

Concentration de chlorophylle en surface Moyenne sur 2011 -2013 µg/L 10

Concentration de chlorophylle en surface Modèle MODIS µg/L Moyenne mensuelle sur 2011 -2013 11

Concentration de chlorophylle en surface Golfe du Lion Mer Adriatique 4 1 Mer Tyrrhénienne Sous-bassin sud Ionien 2 5 Sous-bassin nord Levantin Bassin Algérien 6 3 Sous-bassin sud Levantin 7 1 2 4 3 5 6 7 Obs Sat Modèle 12

Production primaire brute Moyenne mensuelle sur 2011 -2013 mg/m 2/j 13

Export de matière organique Moyenne annuelle à 200 m de profondeur POC mg/m 2/j DOC 14

Flux de matière inorganique à travers les détroits Détroit de Gibraltar Cette étude 1012 mol/an NO 3 PO 4 Si. O 4 DIC TAlk -0. 15 -0. 006 -0. 14 -1. 0 -1. 1 -4. 6/-6. 1 -2. 6 Copin-Montégut (1993) Gomez et al. (2000) -0. 21 -0. 008 -0. 17 Béthoux et al. (2002) -0. 35 -0. 016 -0. 34 Gomez (2003) -0. 19 -0. 007 -0. 15 Dafner et al. (2003) -0. 03 -0. 002 -1. 0 Schneider et al. (2007) -0. 8 Huertas et al. (2009) Huertas et al. (2012) -2. 1 -0. 14 -0. 005 -1. 3 15

Flux de matière inorganique à travers les détroits Détroit de Sicile 1012 mol/an NO 3 PO 4 Si. O 4 Cette étude -0. 08 -0. 003 -0. 08 Gomez et al. (2000) -0. 21 -0. 008 -0. 17 Béthoux et al. (2002) -0. 35 -0. 016 -0. 34 Gomez (2003) -0. 19 -0. 007 -0. 15 Dafner et al. (2003) -0. 03 -0. 002 Huertas et al. (2012) -0. 09 -0. 005 16

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) 2012 MOOSE 12 DOWEX 12 2013 DEWEX 1 DEWEX 2 MOOSE 13 17

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Hiver 2013 (Dewex 1) Nitrate Chl a DIC 18

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Printemps 2013 (Dewex 2) Nitrate Chl a DIC 19

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Quantité des sels nutritifs dans la couche 0 -100 m DEWEX LEG 1 49. 98 DEWEX LEG 2 27. 83 MOOSE 12. 69 j MOOSE 13. 39 A 2012 2013 Observations Modèle 20

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Surface temperature, °C Flux de CO 2 air-mer Dewex 1 p. CO 2, ppm Période de convection source , mmol/m 2/d puits Air-sea CO 2 flux, mmol/m 2/d puits source 2012 2013 Moyenne sur la zone de convection 21

Perspectives § Etudier l’impact des dépôts atmosphériques naturels et anthropiques sur la production primaire (Collaboration M. Mallet, stage de M 2) § Etudier les flux de CO 2 à l’interface océan-atmosphère § Etudier l’impact des activités anthropiques et du climat sur les cycles biogéochimiques et l’écosystème marin en Méditerranée sur des périodes passées et futures 22

Initialisation des modèles bassin Med a, b, c, d, e, f: constantes calculées à partir des données MOOSE, DEWEX et la BDD Lavezza et al 2011 24

Stabilité du modèle 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Profondeur (m) Moyenne sur l’ensemble du domaine Nitrate (mmol. N/m 3)