Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

96

IMPLICATIONS OF A WINTER CIRCULATION ANOMALY IN THE CATALANO-BALEARIC SEA FOR

DEEP MIXING AND PHYTOPLANKTON DISTRIBUTIONS.

M. Estrada, J. Salat*, M. Emelianov, L. Arín, D. Blasco, A. Morales

ICM-CSIC. P. Marítim, 37. 08003 Barcelona. Spain - marta@icm.csic.es

Abstract

The reduction of deep mixing extent and changes in phytoplankton distributions due to an anomaly in the circulation during winter are

presented and compared with a typical winter.

Keywords: Deep mixing, phytoplankton, NW Mediterranean, marine circulation

Introduction

Deep mixing is a well known feature occurring at open sea in the

Northwestern Mediterranean during winter. After the strong mixing

pulses once the ocean is stratifying again there is an important spring

phytoplankton bloom which is using the nutrient enrichment at the

photic level. The extent and distribution of strong mixing is controlled

both by northerly winds and the current pattern. Usually the

circulation describes a cyclonic path with maximum current speeds

near the continental slopes. In the centre a typical doming of

isopycnals (1) which, under the typical winter conditions, is

preconditioning the surface waters for deep mixing that will be

triggered by strong northerlies. Only during very mild winters (2),

mixing might not get the deepest layers.

Fig. 1.Vertical sections of density across the Catalano-Balearic sea. Up:

winter 1999, Down: winter 2000

Fig. 2.Seawifs images of chlorophyll. Left: winter 1999, Right: winter 2000.

It has been agreed that the variability in the extent of the deep

mixing process is directly related to the “severity” of the winter and

the intensity and persistence of northerlies. This assumption however

impliclty includes that the variability of the circulation pattern in the

northern half of Western Mediterranean is relatively small or, at least,

it maintains its cyclonic tendency over all the northern basin.

Results and discussion

In winter 1999 a persistent anticyclonic eddy was detected in the

centre of the Catalano-Balearic sea (3). The classical doming of

isopycnals was then limited preventing the southern extent of deep

mixing process, even when the atmospheric conditions were suitable.

The water mass involved in this anticyclonic eddy was a relatively

new AW, with low surface salinity, instead of the classical old one

with higher salinity. Consequently the surface of the central part of the

Catalano-Balearic basin remained stratified during this winter. In

other words, it was impossible to reach the surface density values high

enough so that they become available for deep mixing. This anomaly

imposed a severe restriction to the deep mixing extent south of 42°N

and created a W-E frontal situation across the basin around this

parallel. As a result, the northern current was de?ected towards the

east and did not reach the southern half of the Catalan slope. It was

there replaced by a current from the south.

The biological distributions obtained from two oceanographic

winter cruises in the Catalano-Balearic sea (Winter 1999 and 2000),

carried out respectively under the anomalous and typical winter

conditions, reveal the effects of the anomaly both near the coast and

in open sea. 

In 1999, high chlorophyll concentrations (chl_a), associated with

diatoms, developed in the northern part of the study area and very

close to the Catalan coast, while the anticyclonic eddy remained

dominated by haptophytes (including Phaeocystisand

coccolithophorids) and other ?agellates, and presented relatively low

chl_a concentrations. In winter 2000, elevated phytoplankton biomass

values could be also found in the central zone, including diatoms. 

The subsequent development of the winter phytoplankton bloom, as

seen through SEAWIFSimages, also presented marked differences

between the winters of 1999 and 2000. From January to March, chl_a

in the whole Catalano-Balearic Sea appeared to be lower in 1999 than

in 2000. However in the northern part of the Western basin, chl_ain

1999 were much higher than in 2000 but the opposite happened in the

area to the West of the Balearic Islands. These chl_apatterns appear

to be linked to the presence of the anticyclonic eddy and its role

blocking the typical circulation pattern. 

Both the changes in total phytoplankton biomass and the

dominance of different phytoplankton assemblages have ecological

consequences. Diatom dominance favours the so-called classical food

web (phytoplankton-mesozooplankton-fish), while small ?agellates

tend to enter the microbial food web. The reported observations

suggest that the presence of anticyclonic eddies like that registered in

1999 may have important biogeochemical implications in addition to

limiting the extent of deep mixing processes. 

References

1-Font, J., Salat, J., Tintoré, J., 1988. permanent features of the

circulation in the Catalan sea. Oceanol. Acta, 11: 51-57.

2-Estrada, M., Varela, R. A., Salat, J., Cruzado, A., Arias, E., 1999.

Spatio-temporal variability of the winter phytoplankton distribution across

the Catalan and North Balearic fronts (NW Mediterranean). Journal of

Plankton Research, 21: 1-20.

3-Pascual, A., Nardelli, B. B., Larnicol, G., Emelianov, M., Gomis, D.,

2002. A case of an intense anticyclonic eddy in the Balearic Sea (western

Mediterranean). Journal of Geophysical Research, vol. 197, No. C11, doi:

10.1029/2001JCC000913.