Study of the climatic changes in the North Aegean Sea and their effects on the ecosystem dynamics

Abstract

Climate change is more than ever observed and is affecting the marine ecosystem in global scale. For the study of changing climate conditions, we focused in the North Aegean Sea and the most common species of small pelagic fish, anchovy and sardine. We studied the effects on species from changes in temperature, salinity, Black Sea Water input and nutrients load from the surrounding rivers. For the needs of the study, a multispecies anchovy and sardine, full-life-cycle model was developed for the North Aegean Sea and was two-way coupled to the hydrodynamic/biogeochemical model. The initial one-dimensional version of the model successfully simulated both species growth, biomasses and spawning periods. A clear dependence between species exploitation and zooplanktonic concentration was derived.The next step in the model development yielded a three dimensional version. The species main attributes and the spatial distribution of biomasses, was once again in agreement with data. Additional simulations showed that locally, species compete for resources. Sensitivity experiments presented a negative reaction of both species to a temperature increase, especially that of anchovy. Simulations using IPCC climatic scenarios showed that a future temperature increase will result to an ecosystem degradation through a reduction in planktonic concentrations, negatively affecting anchovy and resulting to a prevalence of sardine. Last, variations of river nutrient inputs, as well as Black Sea Water inflow, also significantly downgrade species populations.

Η κλιματική αλλαγή έχει γίνει πιο αισθητή από ποτέ και ήδη επηρεάζει το θαλάσσιο οικοσύστημα σε παγκόσμια κλίμακα. Για τη μελέτη των μεταβαλλόμενων κλιματικών συνθηκών, εστιάσαμε στο Βόρειο Αιγαίο και στα πιο διαδεδομένα είδη μικρών πελαγικών ψαριών, τον γαύρο και τη σαρδέλα. Μελετήσαμε τις συνέπειες στα είδη από τις αλλαγές στη θερμοκρασία, την αλατότητα, την εισροή νερών από τη Μαύρη Θάλασσα και μεταβολή της εισροής θρεπτικών από τα γειτονικά ποτάμια. Για τις ανάγκες της μελέτης αναπτύχθηκε ένα πολυειδικό (γαύρος/σαρδέλα), πλήρους κύκλου ζωής μοντέλο για το Βόρειο Αιγαίο, αμφίδρομα συζευγμένο με υδροδυναμικό βιογεωχημικό μοντέλο. Η αρχική μονοδιάστατη εκδοχή του μοντέλου, προσομοίωσε επιτυχώς την ανάπτυξη, τις βιομάζες και τις περιόδους αναπαραγωγής και των δύο ειδών, ενώ επιπρόσθετα διαφάνηκε μία ξεκάθαρη εξάρτηση ανάμεσα στην αλίευση των ειδών και τη συγκέντρωση ζωοπλαγκτού. Το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη του μοντέλου, απέδωσε την τρισδιάστατη εκδοχή αυτού. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά και η χωρική κατανομή των βιομαζών των ειδών, ήταν για άλλη μια φορά σε συμφωνία με τα δεδομένα. Επιπρόσθετες προσομοιώσεις έδειξαν πως τοπικά τα είδη ανταγωνίζονται για την τροφή. Προσομοιώσεις με χρήση κλιματικών σεναρίων IPCC έδειξαν πως μια μελλοντική αύξηση της θερμοκρασίας θα οδηγήσει σε υποβάθμιση του οικοσυστήματος μέσω της μείωσης των πλαγκτονικών συγκεντρώσεων, επηρεάζοντας αρνητικά τον γαύρο και οδηγώντας σε επικράτηση της σαρδέλας. Τέλος, μεταβολές στα εισερχόμενα από τα ποτάμια θρεπτικά και στην εισροή υδάτων από τη Μαύρη Θάλασσα, επίσης υποβαθμίζουν τους πληθυσμούς των ειδών.