Evolution of upper layer temperature in the Bay of Biscay during the last 40 years

¹ Ifremer, département Dynamiques de l'Environnement Côtier, laboratoire de Physique Hydrodynamique et Sédimentaire, centre de Brest, BP 70, 29280 Plouzané, France
² Ifremer, département Études et Modélisation pour l'Halieutique, BP 21105, 44311 Nantes Cedex, France

Corresponding author: fvanderm@ifremer.fr

Received: 5 January 2009
Accepted: 28 September 2009

Abstract

The temperature evolution over the past 40 years in the Bay of Biscay (North-East Atlantic) is investigated from an in situ data analysis, completed with a satellite SST (Sea Surface Temperature) analysis over the last 20 years. The in situ dataset is an interannual version of the BoByClim climatology, covering the Bay of Biscay area with a 10-km horizontal resolution and a 5-m vertical step. The satellite dataset is the European COastral Sea Operational Observing and Forcast System Program (ECOOP) daily analysis, covering the IBIROOS (Iberian-Biscay-Irish Sea) area with a 4-km resolution. The study area (43°N-50°N/12°W-1°W) extends over the intersection of the domains covered by these two analyses. In the 0–200 m layer of this domain, a heat budget has been computed from an ocean circulation model over the period 1965-2004. Heat is essentially imported from the west by the North Atlantic Drift, then exported southward and northward, or transferred downward into deeper layers. The annual average of air-sea flux is weak, with a zero isoline crossing the domain from the northwest to the southeast. Ocean and atmosphere, forming a coupled system, have comparable contributions and may both result in a heat sink or source. At the interannual scale, variability is mainly controlled by the air-sea flux, with a secondary contribution from oceanic transport. A strong warming of 0.2 °C/decade for the period 1965-2004 is apparent from the surface down to the 200-m depth. The decadal evolution is consistent with several analyses over the North Atlantic. Meanwhile, warming is approximately twice faster than in the whole basin. This trend is not steady, as a cooling period occurred until the early 1970's, and the temperature increase has been significantly stronger during the last 20 years (0.3 °C/decade between 0 and 100 m, from 1986 to 2005). The trend and the interannual variability are maximal over the northern part of the shelf. The typical duration of interannual anomalies is two years and their penetration depth is ~100 m, although they occasionally exceed 200 m. The interseasonal anomalies are also stronger within the mixed layer (root-mean-square, RMS = 0.6 °C at the surface) than below (RMS = 0.3 °C at 100 m). Their geographic distribution is radically different between the surface and the deep levels. A seasonal dependence of the warming rate is evident in the upper layer, as the temperature trend is stronger in summer than in winter (by a factor of 2 at the surface). Some of the potential implications for the ecosystem are discussed, particularly in terms of species distribution and dynamics of species exploited by fisheries.

Résumé

L'évolution de la température durant les 40 dernières années dans le golfe de Gascogne (Atlantique Nord-Est) est étudiée à partir d'une analyse in situ, complétée par une analyse des températures de surface océanique (SST) issue de données satellitaires pendant les 20 dernières années. Le jeu-de-données in situ est la version interannuelle de la climatologie BoByClim, qui couvre le golfe de Gascogne avec une résolution horizontale de 10 km et un intervalle vertical de 5 m. Le jeu-de-données satellitaire est l'analyse journalière ECOOP, qui couvre la région IBIROOS (mers ibériques, golfe de Gascogne et mer d'Irlande) avec 4 km de résolution. La zone d'étude s'étend à l'intersection des domaines de ces deux analyses (43°N-50°N/12°W-1°W). Dans la couche supérieure (0–200 m) de ce domaine, un bilan thermique a été calculé à partir d'un modèle de circulation océanique sur la période 1965-2004. La chaleur provient essentiellement de l'ouest, apportée par la dérive Nord-Atlantique, puis est exportée vers le nord et le sud, ou transférée vers les couches inférieures. Le flux air-mer est faible en moyenne annuelle, avec une isoligne zéro traversant le domaine du nord-ouest au sud-est. L'océan et l'atmosphère, système couplé, ont des contributions comparables, chacun pouvant constituer un puits ou une source de chaleur. A l’échelle interannuelle, la variabilité est principalement contrôlée par le flux atmosphérique, avec une contribution secondaire du transport océanique. Un fort réchauffement de ~0.2 °C/décennie pour la période 1965-2004 apparaît entre la surface et 200 m de profondeur. L’évolution décennale est cohérente avec plusieurs analyses dans l’Atlantique Nord. Cependant, le réchauffement est environ deux fois plus rapide que dans l’ensemble du bassin. Cette tendance n’est pas monotone, car elle inclut un refroidissement jusqu’au début des années 1970 et un réchauffement accéléré durant les 20 dernières années (~0.3 °C/décennie entre 0 et 100 m, de 1986 à 2005). La tendance et la variabilité interannuelle sont maximales dans la partie nord du plateau. La durée typique des anomalies interannuelles est de deux ans et leur profondeur de pénétration est de l’ordre de 100 m, mais dépasse parfois 200 m. Les anomalies inter-saisonnières sont également plus intenses dans la couche mélangée (racine de la moyenne des carrés, RMS = 0.6 °C) qu’en dessous (RMS = 0.3 °C à 100 m). Leur distribution géographique diffère radicalement entre la surface et les niveaux profonds. Dans la couche supérieure, le taux de réchauffement dépend de la saison, étant notablement plus fort en été qu’en hiver (d’un facteur 2 en surface). Certaines des implications potentielles pour l’écosystème sont discutées, notamment en termes de répartition et de dynamique des espèces exploitées par la pêche.