Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

72

Introduction

The biological production heterogeneity of the Ligurian Sea is closely

associated with local and regional hydrodynamical factors, especially

those responsible for a high variability of the mixed layer depth in such a

strongly stratified environment. This area is typically oligotrophic and

therefore, any supply of nutrients is extremely important for the primary

production. Moreover, the overall system is dominated by a marked sea-

sonal cycle as a result of the meteorological signal, with high phytoplank-

ton biomass observed during cold windy winter-spring period. The inten-

sity of winter-spring phytoplankton bloom also performs a significant

interannual variability.The difference between two seasonal cycles (from

October 1997 to September 1999) illustrates the response of phytoplank-

ton dynamics to local meteorological conditions. We develop here a model

in order to explain the observations obtained from satellite data [3], espe-

cially the higher phytoplanktonic biomass found in 1999. Considering that

the establishment and decay of the thermocline are strongly dependent on

the atmospheric conditions, the model will be forced by surface wind stress

and heat ?uxes computed from real meteorological conditions, a high rate

sampling meteorological data allowing simulations that give confidence in

the mixed layer dynamics [4].

Model

The coupled MODECOGeLmodel, implemented, calibrated and vali-

dated for the northern Ligurian Sea using long term (1984–1988) experi-

mental data from the French Frontal program surveys, is thoroughly pre-

sented in [1][2]. The hydrodynamic model is a 1D version of the multi-lev-

els, turbulent closure, G.H.E.R. (GeoHydrodynamics and Environment

Research, University of Liège, Belgium) model. The ecosystem model is a

12 state variables one based on the L.O.B.E.P.M. (La 

b 

o 

r 

a 

t 

o 

i 

r 

e

d'OcéanologieBiologique et d'Ecologie du PlanctonMarin, University of

Paris VI, Villefranche-sur-mer, France) works. It takes into account 12

state variables based on size-classes. It is worth attention that, while the

annual average of wind intensity was higher during the year 1997/1998

than in 1998/1999 (5.07 m/s versus 4.94 m/s), the year 1997/1998 was

characterized by higher winds during autumn, spring and summer while

during the year 1998/1999 the winter was windier.The winter winds are

particularly important for the deepening of the mixed layer.

Results and discussion

Among the results of the model, we will focus on distributions of tur-

bulent kinetic energy (Figures 1a and 1b) and temperature (Figures 1c and

1d) for both periods (97/98 and 98/99). The observation of the turbulent

kinetic energy indicates that winter mixing was clearly more intense in

1999, where the mixed layer deepened down to 400 m at the end of

February.The beginning of the stratified period started in May.This effect

was faster in May 1999 (windier than May 1998) while the surface warm-

ing was higher in May 1998. As soon as the end of May, this tendency was

reversed. In 1999, the summer (less windy) was characterized by a higher

surface temperature and a sharp thermocline. This one was less deep than

in 1998. The end of September 1998 was marked by a strong wind event

followed by a drop of the mixed layer depth and the thermocline. The com-

plete destratification took place sooner in winter 1998/1999 as compared

to winter 1997/1998 because of a windier winter.

Figure 2 shows the time-depth distribution of nitrate and chlorophyll for

both years. It appears clearly that the 1999 bloom is higher than the one in

1998. At the light of physical results one can explain the higher phyto-

planktonic biomass in 1999. The year 1999 shown a very strong winter

mixing – as compared to 1998 – that could allow an important nutrients

supply in the surface layer, giving rise to an intense spring bloom. An

important nutrient input constitutes storage for the summer and should

allow, in favourable meteorological conditions, to ensure a summer more

intensive phytoplanktonic production despite of the strong stratification.

On the other hand, during winter 1997/1998, the less intense mixing is not

sufficient to bring up high nutrients concentration into the euphotic layer,

resulting thus in a weaker phytoplanktonic production.

References

[1] Lacroix G., 1998. Simulation de l’écosystème pélagique de la mer Ligure

à l’aide d’un modèle unidimensionnel; étude du bilan de matière et de la vari-

abilité saisonnière, interannuelle et spatiale, PhD dissertation, University of

Paris VI (France), University of Liège (Belgium), 256pp.

[2] Lacroix G., 2001. Ecosystem model (MODECOGeL) of the Ligurian Sea

revisited. Seasonal variability and pluriannual simulation. Submitted to J. Mar.

Syst.

[3] Nezlin N.P., Lacroix G., KostianoyA.G. and Djenidi S., 2000. Remotely

Sensed Seasonal Dynamics of Phytoplankton in the Ligurian Sea in

1997–1999. Submitted to J. Geophys. Res.

[4] Lacroix G. and Nival P., 1998. In?uence of meteorological variability on

primary production dynamics in the Ligurian Sea (NW Mediterranean Sea)

with a 1D hydrodynamic/biological model, J. Mar. Syst., 16, 23–50.

ECOSYSTEM RESPONSE TOTHEATMOSPHERIC FORCING 

IN THE SOUTHERN LIGURIAN SEA IN 1997–1999

Genevieve J. Lacroix

1

*, Nikolay P. Nezlin

2

and Salim Djenidi

1

,

1

GHER, University of Liege, B5 Sart Tilman, 4000 Liège, Belgium - G.Lacroix@ulg.ac.be

2

P.P. Shirshov Institute of Oceanology, Moscow, Russia - nezlin@biology.ucla.edu

Abstract

A coupled hydrodynamic-biological model — MODECOGeL[1, 2] — is applied to the southern Ligurian Sea. The model is forced with

a high sampling meteorological data measured from an automatic weather station located in STARESO (Calvi, Corsica). Two simulations

(from October 1997 to September 1998 and from October 1998 to September 1999) have been performed with the model. The results cor-

roborate the general pattern of phytoplankton seasonal dynamics observed in SeaWiFS remote-sensed data and, in particular, the higher

phytoplanktonic biomass observed in 1999 is well reproduced by the model [3].

Keywords: Ligurian Sea, models, blooms

Figure 1. Time-depth evolution of the physical variables computed by

the model. Turbulent kinetic energy (a) in 1997-1998 and (b) in 1998-

1999. Temperature (c) in 1997-1998 and (d) in 1998-1999.

Figure 2. Time-depth evolution of the biological variables com-

puted by the model. Nitrate (a) in 1997-1998 and (b) in 1998-

1999. Chlorophyll (c) in 1997-1998 and (d) in 1998-1999.