Seasonal to decadal variability in the physical and biological properties of the Black Sea and Levantine basin as inferred from satellite remote sensing

Abstract

Karadeniz ve Doğu Akdeniz (Levant baseni) son on-yıllarda belgelenmiş birçokdeğişiklikten geçmiştir. Güncel uydu verileri Karadeniz ve Levant baseninde ısınma,artan deniz su seviyesi yüksekliği ve azalan klorofil (fitoplankton) göstermektedir. Buçalışmanın amacı Karadeniz ve Levant basenindeki ısınmayı belirlemenin yanı sıra,fitoplanktonların değişen çevre koşullarına olan sezonluk ve yıllar arası tepkilerininaraştırılmasıdır. Çalışmanın birinci kısmında, Karadeniz ve Levant basenindeki denizsuyu sıcaklığı (DYS) 1982-2012 için incelenmiştir. Isınma trendleri, sıcaklık anomalilerive ampirik ortogonal fonksiyon (AOF) analizi sonuçları kullanılarak Karadeniz veLevant baseni DYS'lerinin zamansal ve mekansal değişkenliği araştırılmıştır.Çalışmanın ikinci kısmında, Karadeniz ve Levant baseni klorofil-a değişimlerinin yanısıra, fiziksel çevredeki değişimlere olan tepkisi de incelenmiştir. AOF analizi 1982-2012arasında haftalık klorofil (CHL-A), deniz suyu sıcaklığı (DYS) ve deniz suyu yüksekliği(ADT) verilerine uygulanmıştır. AOF analizi, sezonluk ve yıllar arası değişimlerinincelenmesinde kullanılmıştır. CHL-A'nın DYS ve ADT'nin yanı sıra, nehir debisi veısı akımı değişimlerine olan tepkisi de incelenmiştir.Çalışmanın birinci kısmı Karadeniz'de aşırı ısınma olduğunu ortaya koyarken, Levantbaseni görece daha az ısınma göstermiş olup, her iki bölgede de zamansal ve mekansaldeğişkenlik görülmüştür. Çalışmanın ikinci kısmı, Karadeniz'deki CHL-A azalmasınındeğişen rüzgar paterninin sonucu olarak değişen akıntı sisteminin sonucu olduğu, Levantbaseninde ise, CHL-A azalmasının azalan kış karışımıyla bağlantılı olduğu ortayakonmuştur.Bu tez, küresel değişimlerin, Karadeniz ve Levant baseninin fiziksel ve biyolojik yapısıüzerindeki etkilerini belgelemekte ve küresel ısınmanın bölgesel denizlerdeki etkilerininanlaşılmasında bir örnek teşkil etmektedir.

Black Sea and Eastern Mediterranean (Levantine basin) have gone through a number ofdocumented changes in the recent decades. Recently acquired satellite data documentrapid warming, increased sea level and decreased chlorophyll-a (phytoplankton) in theBlack Sea and Levantine basin. Aim of this study is to address warming in the Black Seaand Levantine basin, as well as to investigate the phytoplankton response to changingenvironmental conditions at seasonal to interannual timescales.In the first part of the study, sea surface temperature (SST) in the Black Sea andLevantine were investigated over the study period 1982-2012. Warming trends, thermalanomalies and results of an empirical orthogonal functions analysis (EOF) was used tointerpret the spatiotemporal variability of SST in the Black Sea and Levantine basins.In the second part of the study, changes in Chlorophyll-a were investigated for the BlackSea and Levantine basin as well as its responses to changes in physical environment.EOF analysis were conducted on weekly datasets of chlorophyll-a (CHL-A), sea surfacetemperature (SST) and absolute dynamic topography (ADT) for 1998-2012. EOFanalysis was utilized to investigate the variability at seasonal and interannual timescales. Response of CHL-A to SST and ADT as well as to riverine and heat fluxes wereinvestigated.The first part of the study documented intense warming in the Black Sea and less intensewarming in the Levantine basin, both displaying spatio-temporal variability. The secondpart of the study documented that the Black Sea chlorophyll-a decline as a result ofchanging wind pattern, eventually changing the intensity of the circulation, whereas inthe Levantine basin, chlorophyll-a decline was linked to decreased winter convectivemixing.This thesis documents the impacts of global change on physics and biology of the BlackSea and Levantine basin, providing an insight into possible consequences of globalwarming in the regional seas.