Sea Surface Temperature patterns and ocean dynamics in the Maldivian region

The frequency of coral bleaching events has been increasing in recent decades due to the temperature rise registered in most regions near the ocean. Their occurrence in the Maldivian Archipelago has been observed in the months following the peak of strong El Niño events. Bleaching has not been uniform, and some reefs have been only marginally impacted. I have used satellite observations and a regional ocean model (CROCO) to explore the spatial and temporal variability of sea surface temperatures (SSTs), and quantify the relative magnitude of ENSO-related episodes with respect to the recent warming. In line with other studies, it is confirmed that the long-term trend in SST significantly increases the frequency of stress conditions for the Maldivian corals. It is also found that the interaction between currents and the steep bathymetry is responsible for a local cooling of about 0.2°C in the Archipelago during the warmest season, with respect to the surrounding waters. This cooling largely reduces the frequency of mortality conditions. The reduced SST surrounding the Maldives is probably linked to the Island Mass Effect: the enhanced productivity around small islands discovered in the sixties and documented worldwide. Despite its effects on marine productivity, the exact description of the physical processes behind the local cooling and nutrient input that enhances productivity is still unclear. From the analysis of SST variations and net primary productivity (NPP) around small islands and archipelagos, two kinds of signals can be identified, depending on the altitude and dimension of the islands. Around islands with considerable elevation and greatest diameters, cold/warm anomalies, most likely corresponding to upwelling/downwelling zones, emerge. Warmer areas don’t appear around smaller islands that usually display only a local cooling. Several oceanic and atmospheric processes might be involved. The case of the Maldives has been analyzed in detail using CROCO with increased resolution and a particle tracking model: Ariane. More than one process might coexist in generating the described patterns, the prevailing one varying along the year and depending on the strength and direction of the incoming flow. Near the Maldives, the frictional break of the currents in the presence of shallow bathymetry produces a strong vertical shear in the flow that favors vertical mixing and produces a nearly symmetric cooling around the islands. A different mechanism dominates the cooling pattern when the currents are particularly intense, such as during the monsoons: intense zonal currents cross the Archipelago and give rise to intense wakes with large horizontal shear; strong upwelling originates in the lees, creating an asymmetric temperature signal (larger cooling in the lee of the islands) and obfuscating the effects of the enhanced vertical mixing.

La frequenza degli episodi di coral bleaching è aumentata interrottamente nelle ultime decadi a causa dell’incremento di temperatura registrato nei diversi oceani del pianeta. Nell’Arcipelago Maldiviano, tali eventi sono stati osservati principalmente nei mesi seguenti il picco di episodi El-Niño molto intensi. Il bleaching tuttavia non è stato uniforme e alcuni reef sono stati colpiti solo marginalmente. Ho utilizzato i dati da satellite e un modello oceanico regionale (CROCO) per investigare la variabilità, sia spaziale sia temporale, della temperatura superficiale dell’oceano (SST) e quantificare l’entità relativa di episodi legati ad ENSO, confrontandoli con l’effetto dell’incremento della temperatura negli ultimi decenni. In linea con altri studi effettuati, è stato confermato che il trend di temperatura aumenta significativamente la frequenza di episodi di stress termico per i coralli. È stato anche scoperto che, durante la stagione più calda, l’interazione tra le correnti e la ripida batimetria è responsabile di una diminuzione locale della temperatura elimina virgole avanati e dietro nell’Arcipelago di circa 0.2°C rispetto all'oceano circostante. Questo raffreddamento riduce notevolmente la frequenza di condizioni di mortalità per i coralli. La riduzione della SST attorno alle Maldive è probabilmente collegata all’Island Mass Effect: l’incremento di produttività intorno a isole di dimensione ridotte scoperto negli anni sessanta e documentato in tutto il mondo. Nonostante il suo effetto sulla produttività marina, l’esatto quadro dei processi che stanno dietro al raffreddamento locale e l’input di nutrienti che accresce la produttività è ancora incerto. Dall'analisi delle variazioni di SST e della produttività primaria netta (NPP) intorno a numerose isole ed arcipelaghi di piccole dimensioni sono stati identificati due tipi di pattern. Intorno ad isole con un'altitudine considerevole e dimensioni maggiori, infatti, sono visibili anomalie calde/fredde, probabilmente corrispondenti ad aree di upwelling e downwelling. Aree più calde non sono invece visibili intorno ad isole di dimensioni minori. Sono diversi i processi, sia oceanici sia atmosferici, che potrebbero essere coinvolti e contribuire a generare il pattern di temperatura. Ho studiato nel dettaglio il caso delle Maldive, utilizzando CROCO - aumentando la risoluzione - ed un modello di particles tracking, Ariane, ed è emerso che il meccanismo predominante varia durante l’anno e dipende dalla direzione e magnitudo delle correnti. Vicino alle Maldive il rallentamento delle correnti a causa dell’attrito dovuto ad una batimetria poco profonda produce un forte shear verticale, che favorisce il mescolamento verticale e produce un raffreddamento quasi simmetrico intorno alle isole. Un altro meccanismo domina il pattern di raffreddamento quando le correnti sono particolarmente intense, come durante i monsoni: forti correnti zonali attraversano l’Arcipelago e generano wake intense con un elevato shear orizzontale; un intenso upwelling si origina nelle scie, creando un segnale di temperature asimmetrico (raffreddamento maggiore nella scia delle isole) e offuscando gli effetti del rafforzato mescolamento verticale.