La vorticidad en el océano y su relación con las capturas de jurel entre las temporadas de pesca de 2011 a 2019

Esta investigación está siendo desarrollada por el IHMA con cooperación solicitada al Instituto del Mar del Perú (IMARPE)

Proyecto de Investigación:

La vorticidad en el océano y su relación con las capturas de jurel entre las temporadas de pesca de 2011 a 2019

Líder del Proyecto: Bach. Susan Montero Salgado (IHMA-UNFV)

I. Introducción

Los costos de prospección (búsqueda de zonas de pesca) son altos e impactan en el rendimiento de la industria pesquera, por lo que se requiere generar nuevas formas de análisis que permitan incrementar la eficiencia de las operaciones de pesca.

De otro lado existen recursos limitados para el monitoreo in situ de la vorticidad en el océano, por lo que los recorridos de los barcos de pesca constituyen una valiosa información a ser aprovechada a través de la información acústica que registran además de la información del Sistema de Seguimiento Satelital (SISESAT). La vorticidad en el océano (giros ciclónicos y anticiclónicos de mesoescala) es importante pues es un factor que expresa la concentración del fitoplancton, el zooplancton y los niveles tróficos más altos.

En nuestro hemisferio, los giros anticiclónicos están relacionados con una alta abundancia de organismos, pero las estructuras internas de sub-mesoescala, donde se concentran los peces, no son detectables con altimetría satelital. Sin embargo el uso del Sistema de Seguimiento Satelital (SISESAT) podría emplearse para modelar la presencia de estructuras internas según las capturas y los desplazamientos de los barcos de pesca empleando también información de altimetría.

La información acústica multifrecuencia generada durante cruceros acústicos del Instituto del Mar del Perú (IMARPE) puede asimismo aprovecharse para relacionar las estructuras de submesoescala con la información de anomalía del nivel del mar (Sea Level Anomalies (SLA)), ampliando así el rango de análisis de una manera que hasta hoy no ha sido aprovechada en Perú.

La finalidad de esta investigación es la de proponer una metodología que permita determinar la presencia de estructuras de submesoescala en remolinos anticiclónicos en base a información del SISESAT, acústica y SLA, con el consiguiente beneficio para el monitoreo y la gestión de las operaciones de pesca de la flota industrial.

II. Antecedentes

Para el Perú la actividad pesquera industrial se inició en la década de 1950, es muy importante económicamente y representa la segunda fuente generadora de divisas después de la minería. Actualmente, los principales recursos pesqueros pelágicos de interés económico en el Perú son anchoveta (Engraulis ringens), jurel (Trachurus murphyi) y caballa (Scomber japonicus). Entre ellos, desde hace varias décadas, la anchoveta destaca como la especie más importante para la industria de ingredientes marinos para Consumo Humano Indirecto (CHI) por su valor bioquímico y sus altos volúmenes de  captura.

El área marina frente a la costa peruana, es decir la Corriente del Perú (CP) en la Región Norte del Sistema de la Corriente de Humboldt (RNSCH), representa solo el 0,1% del área oceánica mundial, pero produce alrededor del 10% del total de capturas de peces a nivel mundial. La alta productividad biológica se debe principalmente a las condiciones físicas particulares de la CP, y en particular a la presencia de celdas de afloramiento costero, la dinámica de gran-escala, y los procesos físicos de meso y sub-mesoescala. La dinámica de gran escala en la RNSCH, exhibe distintas corrientes de superficie y sub-superficie, y está directamente relacionada con el Anticiclón del Pacifico-Sur (APS).

El APS es el que le da impulso a la circulación a gran-escala en la RNSCH. En las capas superficiales del océano frente a las costas peruanas, los vientos impulsan dos principales corrientes de gran-escala: la Corriente Oceánica Peruana (Perú Oceanic Current (POC)) y la Corriente Costera Peruana (Perú Coastal Current (PCC)).

La RNSCH se caracteriza también por la presencia de una somera zona mínima de oxigeno (ZMO). En la CP la extensión vertical de la comunidad epipelágica está limitada por la presencia de dicha ZMO.

III. Objetivos generales y objetivos específicos de la investigación

  • Describir la relación entre los lances de pesca de la flota industrial jurelera de cerco y la vorticidad en el océano a través de datos de captura y anomalías de la superficie del mar (SLA) para la observación de  la dinámica de los remolinos ciclónicos y anticiclónicos en relación con la abundancia relativa de peces.

Objetivos específicos

  • Identificar los remolinos ciclónicos y anticiclónicos utilizando información de anomalías altimétricas de la superficie del mar (SLA).
  • Analizar las relaciones entre altimetría y la abundancia relativa de peces medidos a través de métodos acústicos empleando información de cruceros acústicos del IMARPE para la detección de estructuras de submesoescala y mesoescala.
  • Clasificar la distribución y  concentración de la flota pesquera con información SISESAT en función a la ubicación de los giros ciclónicos y anticiclónicos.

IV. Justificación e importancia de la investigación

El presente proyecto de investigación tiene como principal motivación la de proponer una metodología que permita determinar la presencia de estructuras de submesoescala en remolinos anticiclónicos en base a información del sistema de seguimiento satelital
(SISESAT), acústica y la anomalía del nivel del mar (SLA).  Se utilizará el análisis de ondaletas (wavelet) con información de ondas internas observadas en base a la ubicación del límite superior de la zona mínima de oxígeno (ZMO). Las    ondaletas son herramientas de análisis que permiten detectar la existencia de estructuras de submesoescala presentes en la variación de la ZMO en base al análisis de series de tiempo.

En otra escala de análisis, el SISESAT cubre los desplazamientos de toda la flota pesquera industrial de jurel y caballa, proporcionando información en tiempo casi real sobre el comportamiento colectivo y dinámica espacial de la flota. Los viajes de pesca de jurel, según se les monitorea en el SISESAT, pueden durar hasta una semana, y en el curso de dicho viaje se pueden realizar entre una y cinco operaciones de pesca.

Los procesos físicos dinámicos en el océano van desde la formación de ondas internas (internal waves –IW-), hasta los procesos de convergencia y divergencia (remolinos) de submesoescala y mesoescala. La descripción de la dinámica de mesoescala es posible gracias a la disponibilidad de datos de anomalía altimétrica satelital. Sin embargo, esta escala de observación no permite estudiar la dinámica de procesos de escalas más finas (submesoescala e IW). Para ello se empleará en cambio métodos acústicos, como el ya mencionado para la detección de la ZMO.

Asimismo la acústica  hace factible la recolección simultánea de datos cualitativos y cuantitativos sobre la distribución y el comportamiento de varias comunidades de un ecosistema, desde el plancton hasta algunos de los más altos niveles tróficos y en escalas de unos metros a decenas de kilómetros. Es así como la información acústica de alta resolución se puede relacionar con la información satelital sobre SLA para detectar los remolinos ciclónicos y anticiclónicos. Los remolinos anticiclónicos de mesoescala son procesos dinámicos de convergencia que dirigen los flujos de agua hacia su centro y por tanto concentran el plancton y profundizan la oxiclina. Al concentrarse el plancton tanto en el centro como en los bordes del remolino anticiclónico se espera que estas zonas sean atractivas para los depredadores (peces, calamares, mamíferos, aves).

Los remolinos ciclónicos de mesoescala, por otro lado, son características divergentes que generan flujos de aguas desde las capas más profundas hacia la superficie y hacen que la picnoclina / oxiclina sea poco profunda. Por lo tanto, se espera que el zooplancton se dirija desde el centro de la estructura hacia sus bordes, ya que el agua que aflora desplaza el agua de la superficie hacia los bordes del remolino. Debido a la baja abundancia de zooplancton en estas estructuras, también se espera una baja abundancia de depredadores.

Las estructuras de sub-mesoescala corresponden con las  ondas internas, que son variaciones bruscas de la presión interna del océano, las que se dan en espacios pequeños, y por lo general tienen características convergentes sobre la distribución de zooplancton (es decir que concentran el zooplancton).

Como ya se ha mencionado, en el hemisferio sur las estructuras convergentes (anticiclónicas) de submesoescala aumentan la profundidad de la picnoclina/oxiclina y acumulan plancton desde su centro y hacia sus bordes. En contraste, las estructuras divergentes de sub mesoescala  (ciclónicas) generan un afloramiento de aguas y hacen más superficial la picnoclina / oxiclina. La dispersión de zooplancton también se da hacia los bordes del giro (Figura 1).

Figura.1 Representación de las estructuras físicas internas y los impactos esperados en la distribución de organismos. Fuente: Frontier (1987), Russel et al. (1992), Bakun (1996), Siegel et al. (1999), Lennert-Cody y Frank, 1999 y Bertrand et al. (2008).

 

V. Hipótesis

El seguimiento de las estructuras convergentes puede ser sistematizado utilizando información satelital y de SISESAT a fin de optimizar la gestión de operaciones de pesca de la flota jurelera industrial.

 

VI.Marco teórico

Remolinos ciclónicos y anticiclónicos

En el hemisferio sur los remolinos ciclónicos (RCs) giran en sentido horario, y los remolinos anticiclónicos (RAs) giran en sentido anti-horario. Ambos son estructuras casi circulares que tienen un diámetro promedio de 100 a 150 km. Los remolinos ciclónicos pueden suministrar nutrientes desde debajo de la zona eufótica durante su formación e intensificación. Los remolinos anticiclónicos  tienden a concentrar nutrientes en la zona eufótica.

Los remolinos se forman cerca a la costas de América del Sur occidental y se propagan mar adentro con una velocidad que aumenta hacia el norte, variando de 5 cm/s a 20°S a más de 20 cm/s a 5°S. Es así como los RCs y RAs de mesoescala tienen un efecto importante sobre la dinámica física y biológica, y pueden afectar al ecosistema marino en su conjunto desde niveles tróficos inferiores (fitoplancton, zooplancton, etc.) a niveles tróficos superiores. Figura 2.

Figura. 2. Procesos de convergencia (lado izquierdo, donde se genera un hundimiento) y divergencia (lado derecho, donde se genera un afloramiento). En el panel superior se presenta en línea azul la profundidad del borde superior de la oxiclina; la línea roja indica el hundimiento de la ZMO, que es característico de procesos de convergencia, y la línea de color verde indica un proceso de divergencia o de afloramiento. Fuente: Grados et al., 2016.

 VII. Materiales y métodos

Tipo de investigación

El tipo de investigación será analítico, con énfasis en el comportamiento de la distribución de la flota de pesca respecto a las estructuras de convergencia y divergencia. Además el tipo de estudio abarcará también el estudio de las correlaciones entre la información acústica, SLA, recorridos de los barcos y lances de pesca (capturas).

Ámbito temporal y espacial

El área de estudio se encuentra en la Corriente del Perú, situada en la Región Norte del Sistema de la Corriente de Humboldt (RNSCH).

Variables

Para el proyecto de investigación se identificaron las siguientes variables cuantitativas.

Variable Dependiente:

Optimizar la gestión de las operaciones de la flota industrial de cerco

Variable Independiente:

Seguimiento de las estructuras convergentes o giros anticiclónicos a través del análisis integrado de la información acústica, pesquera, SLA y SISESAT.

Población y muestra

La población para este trabajo de investigación se refiere a la  información SISESAT de las  embarcaciones pesqueras jureleras industriales de cerco de las empresas integrantes de la Sociedad Nacional de Pesquería (SNP). La muestra para este  análisis serán  los datos de las bitácoras de lances de pesca de las embarcaciones pesqueras entre los años 2011 y 2019. De la información SISESAT es posible derivar la ubicación de los lances de pesca (capturas).

Instrumentos

Los instrumentos a usar en el trabajo de investigación serán los siguientes:

  • Las ecosondas multifrecuencia con que son equipados los barcos científicos del IMARPE.
  • El SISESAT, consistente en la constelación CLS que recoge la información transmitida por la balizas satelitales a bordo de cada nave industrial. La data es re-transmitida a una central ubicada en las oficinas de CLS en Lima.
  • Los altímetros de radar a bordo de los satélites como Jason-2. Los altímetros satelitales miden el nivel de la superficie del mar y otras características de la superficie oceánica vinculadas a procesos y estructuras subyacentes.

Data

  • Los ficheros tipo RAW (ecogramas) generados por las ecosondas durante los cruceros de evaluación acústica del año 2011. Los datos acústicos fueron recolectados empleando una ecosonda científica digital de marca SIMRAD modelo EK-60 operando a 120 y 38 kHz. Los datos RAW a analizar serán de los  Cruceros de Evaluación Acústica de Recursos Pelágicos del verano y primavera de 2011 (Cr.1102-04 y Cr. 1110-12) para hallar la relación entre las ondas internas y los remolinos anticiclónicos.  El procesamiento de la información acústica será realizado mediante el programa Echopen y Línea 98 en los que  se implementó el algoritmo desarrollado por  Ballón (2011)  para detectar el macrozooplancton y la ZMO.
  • Las bitácoras de lances de pesca de las embarcaciones pesqueras entre los años 2011 y 2019.
  • Los datos SISESAT sobre localización de los barcos de pesca industrial durante al año 2011.
  • La información satelital altimétrica. Asimismo los datos de anomalías del nivel del mar (Sea Level Anomaly- SLA) proceden del producto altimétrico AVISO (Archiving Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic Data). La descarga de los datos se realizará diariamente, a través de un algoritmo realizado en R. Para analizar los datos de SLA se generarán una grilla geográfica (200 x 200 lat/lon) entre las latitudes 3°24’ y 18°19’, y longitud oeste (W) de 70°30’ y 90°. Se usará el programa SURFER para interpolar los datos y obtener una grilla por cada paso de análisis, y para generar las cartas resultantes, que serán construidas diariamente.

 VIII. Análisis de datos

Análisis de Ondaletas (Wavelets)

Las aplicaciones más frecuentes de los análisis de ondaletas (wavelets) se centran en la geofísica y climatología. No obstante, los métodos de ondaletas se están aplicando también en la  ecología marina. Con el análisis de ondaletas se genera la capacidad de identificar estructuras de pequeñas dimensiones, y también pueden identificar estructuras que están dentro de estructuras más grandes.

Para este estudio se realizará la extracción de las estructuras de convergencia y divergencia, se aplicará el método ondaletas con la función Morlet a las series de datos (ZMO) con el objetivo de descomponer la serie en múltiples escalas. Grados(2011) en su trabajo “Identificación de estructuras de procesos multi-escala en ecosistemas marinos utilizando ondaletas”  realizó el análisis de ondaletas a datos acústicos sobre la ubicación de la ZMO. (Figura 3).

Figura. 3 Esquema de la obtención de estructuras de meso y submesoescala a través de análisis de ondaletas (wavelets).

Análisis de correlación información SISESAT y SLA.

Se realizará la correlación de información SISESAT y SLA para probar la hipótesis de que en las estructuras de mesoescala convergentes o giros anticiclónicos se concentra la mayor cantidad de peces, en tanto que la concentración es menor en las estructuras divergentes. Se busca que el seguimiento de las estructuras convergentes pueda ser sistematizado utilizando información SISESAT.

Análisis de correlación entre la información SLA y de datos acústicos

Se realizará la correlación de información SLA y valores acústicos NASC (Nautical Acoustic Scattering Coefficient), para determinar los gradientes que correspondan a estructuras de submesoescala convergentes y divergentes. Se espera que la relación sea positiva o negativa según la concentración de macrozoplancton. Según la hipótesis planteada, en las estructuras convergentes es mayor la concentración de peces y macrozooplancton, y  en las estructuras divergentes es lo contrario.

IX. Resultados esperados

En el desarrollo del proyecto de investigación se espera:

  • Proponer una metodología de seguimiento de los procesos convergentes y divergentes como medidores de la variabilidad en el ecosistema,  con el objetivo de determinar la influencia de estos procesos sobre la abundancia relativa de jurel.
  • Metodología y protocolo para clasificar la distribución de la flota jurelera industrial de cerco respecto a la altimetría (remolinos ciclónicos y anticiclónicos).
  • Metodología y protocolo para determinar la presencia de estructuras de sub-mesoescala en remolinos anticiclónicos en base a la información acústica de IMARPE y SLA. Mediante el análisis de ondaletas, se podrá analizar si estas estructuras presentan mayor predominancia en concentración de macrozooplancton y peces.
  • Protocolo para la determinación de la estrategia de búsqueda de jurel empleando la información SLA. Esto beneficiará  a las empresas pesqueras, al tener una herramienta de análisis sobre la distribución del jurel, con la cual reducir los tiempos de búsqueda y  los costos de operaciones de la flota pesquera.

X. Referencias

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