LARGE SCALE CLIMATE CONTROL ON OCEANOGRAPHIC AND ECOLOGICAL CHANGES 

IN THE LIGURIAN SEA, NORTHWESTERN MEDITERRANEAN

Molinero J.C.

1*

, Buecher E.

1

, Ibanez F.

1

, Nival P.

1

and Souissi S.

2

1

Laboratoire d’Océanographie de Villefranche (LOV), Villefranche-sur-mer, France - * molinero@obs-vlfr.fr

2

Ecosystem Complexity Research Group, Station Marine, Université des Sciences et Technologies de Lille, 

CNRS-UMR 8013 ELICO, Wimereux, France

Abstract

A causal chain of meteorological, hydrological and ecological processes linked to the North Atlantic climate forcing and the Northern

Hemisphere temperature have been pointed out in the Ligurian Sea, Northwestern Mediterranean. 

Keywords: NAO, Northern Hemisphere temperature, Ligurian Sea, planktonic copepods, hydromedusae

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

403

Introduction 

During the last decades, planktonic ecosystems have experience

strong ecological changes (i.e. population explosions, strong decrea-

ses, ecosystem shifts) occurred with increasing frequency, intensity,

variety and range (1). A causal link between these changes and the

warming trend registered in the Northern Hemisphere has been sug-

gested (2,3).

The western Mediterranean constitutes a sensible area to large scale

climate forcing from subtropical and North Atlantic sectors (4,5,6)

and to global climate warming (7). However, although such

relationships have been identified, the ecological consequences in this

area are poorly explored. 

In this work we analyse long-term variability of two distinct trophic

levels, planktonic copepods and gelatinous carnivores, during the

period 1967-1993. We document the contribution of the North

Atlantic climate forcing and the Northern Hemisphere temperature on

the oceanographic and ecological changes in the Ligurian Sea. 

Material and methods

The study site is located in the Ligurian Sea (NW Mediterranean),

and precisely in the monitoring station of the Bay of Villefranche/mer

(43° 41’N; 7° 19’E). We analysed physical (temperature and salinity)

and biological data from the long term monitoring of pelagic

populations carried out by the Observatory of Oceanography of

Villefranche (OOV). We also used daily records of local meteorology

(air temperature, atmospheric pressure, wind speed and precipitation). 

Biological time series analysed correspond to zooplankton

abundance of planktonic copepods (adult stages of three free-

spawning, Centropages typicus, Acartia clausiand Temora stylifera,

and two egg-carrying species, Oithona sppand Oncaea spp) and

gelatinous carnivores (Liriope tetraphylla, Solmundella bitentaculata

and Rhopelonema velatum).

Time series were analysed in their standardised and non-

dimensional form (i.e. standard deviations from the mean of the time

series). Principal Component Analysis and Pearson product-moment

correlation were used to explore interannual variability on local

hydroclimatic and biological changes and their possible relation with

large scale climate processes. 

Results and discussion 

A significant link between the governing climate in the North

Atlantic sector and the hydroclimatic conditions in the Ligurian Sea is

pointed out. This relationship appears stronger during winter. Indeed,

hydroclimatic interannual variability (PC1 38.3% of the total

variance) was linked with the NAO (r = 0.69; p<0.01) and the

Northern Hemisphere temperature (r = 0.45; 0.05<p<0.1). 

The local hydroclimatic variability driven by the climate forcing

during winter and linked to the NAO state (i.e. changes in heat ?uxes,

precipitation, wind stress and mesoscale circulation) quite have an

effect on the development and/or structure of phytoplankton

composition leading to a shift in species dominance. 

The main signal of the whole zooplankton populations, as indicated

by the first eigenvector and principal component (PC 1 55% of the

total variance), results showed a strongly link to the NAO variability

(r = 0.62; p<0.01) and Northern Hemisphere temperature (r=0.62;

p<0.04).

The long term trend observed in gelatinous carnivores has been

related to a period characterized by an increase in temperature,

salinity and dry conditions (8) particularly marked during mid-late

1980’s. In this study we show that such period was linked ultimately

to an exceptional high NAO and tightly coupled to the Northern

Hemisphere Temperature trend. 

Hydroclimatic modifications occurred during the last decades in the

study area quite promoted increase in food availability for gelatinous

carnivores (i.e. microzooplankton production related to the ?agellate

dominance on the microplankton community) and favour conditions

for their development (i.e. high temperatures, low water column

mixing). Owing to their important increase since mid-1980s, recurrent

autumn peak and their feeding proprieties (i.e. they are no satiated and

can feed on a larger range of particles than copepods), the higher

abundance observed suggests a multiplicative and non-linear

predation pressure over copepods. Indeed, a collapse in the summer-

autumn blooming copepods occurred during late 1980’s.

These results provide evidence for a significant link between local

changes in the Ligurian Sea (i.e. meteorology, hydrology and

plankton populations) and the governing atmospheric circulation in

the North Atlantic. During this time, the in?uence of the North

Atlantic climate appears as a key control on the dynamics of

hydroclimatic conditions and long term variability of planktonic

populations, as indicated by decadal changes documented in both

physical and biological time series. 

These results when considered in the context of long term changes

in planktonic groups previously reported for the same study area

(salps, doliolids and other gelatinous carnivores), suggest a shift in the

Ligurian planktonic ecosystem which might be related to large scale

climatic processes governing the North Atlantic. 

There are several implications of this study which could be useful

to understanding interannual and decadal abundance variability in the

planktonic populations of the Northwestern Mediterranean. The first

is that these results confirmed the sensitivity of the Western

Mediterranean to large scale climate processes and showed a rapid

response to the forcing from the North Atlantic sector. The second is

that instead of approaching long term trends in marine ecosystems as

determined by local events, efforts should be directed toward

investigate connections across the atmospheric circulation and ranges

of in?uence of large scale climate variability in order to forecast and

mapping possible scenarios of ecological changes in the context of the

global climate change.

Acknowledgements. We gratefully acknowledge Serge Dallot who

provided hydrological and meteorological data. This work is a contri-

bution of IFB Programme “Biodiversité et Changement Global”.

Bibliography

1-Hayes, M, B.J., T. Mitchell, J. Prospero, E. Shin, F. Van Dolah, and

Barber R., 2001. How are climate and marine biological outbreaks

functionally linked? Hydrobiologia, 460: 213-220.

2-Beaugrand G., P.C. Reid, F. Ibanez, J.A. Lindley, and Edwards M.,

2002. Reorganization of North Atlantic Marine Copepod Biodiversity and

Climate. Science, 296: 1692-1694.

3-Beaugrand G.,and Reid P.C., 2003. Long-term changes in

phytoplankton, zooplankton and salmon related to climate. Global Change

Biology, 9: 1-17.

4-Reddaway J., and Bigg G., 1996. Climatic change over the

Mediterranean and links to the more general atmospheric circulation.

International Journal of Climatology, 16: 651-661.

5-Raicich F, Pinardi N., and Navarra A., 2001 Teleconnections between

Indian Monsoon and Sahel Rainfall and the Mediterranean, Archo

Oceanogr. Limnol.,22: 9-14.

6-Molinero J.C. 2003. Abundance variability of planktonic copepods in

the Mediterranean Sea. Mechanisms and characteristic scales : the

Centropages typicuscase study. Doctoral Thesis, Paris VI University,

Paris, 171 p.

7-Béthoux, J.P., and Gentili B., 1999. Functioning of the Mediterranean

Sea: past and present changes related to freshwater input and climate

changes. Journal of Marine Systems, 20: 33-48.

8-Buecher E, 1999. Appearance of Chelophyes appendiculataand

Abylopsis tetragona (Cnidaria, Siphonophora) in the Bay of Villefranche,

northwestern Mediterranean. Journal of Sea Research,41: 295-307.