Operational in - situ monitoring of the Greek seas as a tool to describe hydrodynamic variability and its effect on the biochemical distribution

Abstract

Oceanographic research in the Mediterranean Sea has been accentuated during the last 20 years via the introduction, and rapid development, of operational oceanography in the area. In this work, the expansion of modern oceanographic in-situ monitoring tools, and the information that they have provided regarding the physical and biochemical properties of the seas surrounding the Greek peninsula are investigated. Both the monitoring infrastructures, and the produced datasets, are examined under a unified perspective. This is achieved through the analysis of the data acquired from the main operational monitoring activities in the area throughout the last 15 years. Starting from the tools and methods used, this study highlights the added value of the operational (once real-time) data through a delayed mode analysis and reveals long term variability and changes in both physical and biochemical properties. Regarding the monitoring tools, the findings depict the capabilities and constrains of the operational in-situ platforms focusing on the assessment of the POSEIDON mooring network and the Greek Argo fleet. An inter-comparison between them is presented by an analysis of their performance, mainly in terms of data availability and integrity. Furthermore, the considerable slowdown of the monitoring infrastructures’ expansion due to the latest economic recession and thus a lack of national funding, suggests that future management schemes will have to find a balance between sustainability, spatio-temporal expansion, new technologies integration, and cost effectiveness. Regarding data analysis, large subsets of the data acquired during the period 2000 - 2015 in the Aegean and Ionian seas have been re-processed in order to update the hydrographic status in the area. Important inter-annual variability is apparent in both basins and strong interactions between them are depicted. In the eastern Ionian, changes are recorded in the physical properties field that relate to the variability of the mesoscale circulation. Likewise, in the south Aegean the temperature and salinity fields, and the circulation of the upper and intermediate layers have been alternated. The area is presented as pre-conditioned and formation events are identified. Moreover, the examination of the biochemical distribution in the area denotes the strong dependence of the dissolved oxygen and chlorophyll-α concentration with the physical processes. Overall it is clear that combined operational oceanographic data can provide valuable information regarding oceanographic processes. Using a holistic approach to asses both the technical issues regarding the monitoring platforms and the data they provide, this study aims to advance the available knowledge regarding marine scientific research in Greece.

Μέσα στη τελευταία εικοσαετία η εμφάνιση και εξέλιξη της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας στη Μεσόγειο έχει επιταχύνει σημαντικά την ωκεανογραφική έρευνα στην περιοχή. Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης διερευνάται η ανάπτυξη σύγχρονων ωκεανογραφικών εργαλείων παρακολούθησης καθώς και οι πληροφορίες που αυτά έχουν παράσχει όσον αφορά τις φυσικές και βιοχημικές ιδιότητες των θαλασσών που περιβάλλουν την Ελληνική χερσόνησο. Τόσο οι υποδομές παρακολούθησης, όσο και το σύνολο των παρεχόμενων μετρήσεων, εξετάζονται κάτω από μια ενιαία οπτική. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της ανάλυσης των δεδομένων που προέρχονται από τις κύριες δραστηριότητες της επιχειρησιακής ωκεανογραφίας στην περιοχή κατά τη διάρκεια των τελευταίων 15 χρόνων. Ξεκινώντας από τα εργαλεία και τις μεθόδους που έχουν χρησιμοποιηθεί, αυτή η έρευνα υπογραμμίζει την προστιθέμενη αξία των άλλοτε επιχειρησιακών δεδομένων, μέσω μιας αναδρομικής επεξεργασίας, αποκαλύπτοντας έτσι υπερετήσιες μεταβολές και αλλαγές στις φυσικές και βιοχημικές ιδιότητες των Ελληνικών θαλασσών. Όσον αφορά στα εργαλεία παρακολούθησης τα ευρήματα απεικονίζουν τις δυνατότητες αλλά και τους περιορισμούς των επιχειρησιακών πλατφόρμων με επίκεντρο την αξιολόγηση του δικτύου μετρητικών σταθμών «ΠΟΣΕΙΔΩΝ» και του στόλου των ελεύθερα παρασυρόμενων πλωτήρων του δικτύου «Ελληνική Αργώ». Επιχειρείται μια συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ των δύο προαναφερθέντων υποδομών μέσα από την ανάλυση των επιδόσεων τους, κυρίως όσον αφορά στη διαθεσιμότητα και την πληρότητα των δεδομένων που η κάθε μια παρείχε. Επιπλέον, εξετάζεται η σημαντική επιβράδυνση της ανάπτυξής τους λόγω της έλλειψης εθνικής χρηματοδότησης συνέπεια της παρατεταμένης οικονομικής ύφεσης των τελευταίων ετών. Τα ευρήματα υποδηλώνουν πως τα μελλοντικά σχήματα διαχείρισής τους θα αναγκαστούν να αναζητήσουν μια ισορροπία μεταξύ της αειφορίας, επέκτασης, ενσωμάτωσης νέων τεχνολογιών και σχέσης κόστους-αποτελεσματικότητας τους. Σχετικά με την ανάλυση των δεδομένων, μεγάλα υποσύνολα αυτών που αναφέρονται σε Αιγαίο και Ιόνιο κατά τη περίοδο 2000 – 2015, έχουν εκ νέου επεξεργαστεί προκειμένου να επικαιροποιηθεί η υδρογραφική εικόνα της περιοχής. Τα αποτελέσματα απεικονίζουν σημαντική μεταβλητότητα σε κάθε μία από τις δύο θαλάσσιες λεκάνες ενώ γίνονται εμφανείς κι οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Στο ανατολικό Ιόνιο, οι αλλαγές που καταγράφονται στις κατανομές των φυσικών παραμέτρων σχετίζονται με την μεταβλητότητα της θαλάσσιας κυκλοφορίας μέσης κλίμακας. Αντιστοίχως, στο νότιο Αιγαίο τα πεδία θερμοκρασίας και αλατότητας καθώς και η κυκλοφορία των ανώτερων και ενδιάμεσων στρωμάτων παρουσιάζουν έντονη εναλλαγή. Η περιοχή εμφανίζεται ευνοϊκή για κατακόρυφες αναμίξεις και σχηματισμό βαθιών νερών. Επιπλέον, η εξέταση της βιοχημικής κατανομής υποδηλώνει την ισχυρή συσχέτιση των συγκεντρώσεων διαλυμένου οξυγόνου και χλωροφύλλης-α με τις φυσικές διεργασίες. Σε γενικές γραμμές γίνεται σαφές ότι ο συνδυασμός δεδομένων από διάφορες ωκεανογραφικές πλατφόρμες μπορεί να παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις διεργασίες στο θαλάσσιο περιβάλλον. Εφαρμόζοντας μια ολιστική προσέγγιση για την αξιολόγηση τόσο των τεχνικών θεμάτων που αφορούν τις πλατφόρμες παρακολούθησης όσο και των μετρήσεών τους, η μελέτη αυτή έχει ως στόχο να φωτίσει πτυχές και να διευρύνει τη διαθέσιμη γνώση σχετικά με τη θαλάσσια επιστημονική έρευνα στην Ελλάδα.