ΤΑΣΕΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΣΤΟ ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΙΓΑΙΟ ΚΑΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΥΔΑΤΟΣ-ΘΡΕΠΤΙΚΩΝ ΗΜΙΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΟΛΠΟΥ

Transcript

1 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι ΤΑΣΕΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΣΤΟ ΑΝΑΤΟΛΙΚΟ ΑΙΓΑΙΟ ΚΑΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΥΔΑΤΟΣ-ΘΡΕΠΤΙΚΩΝ ΗΜΙΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΟΛΠΟΥ Σπυροπούλου Α., Τσιρτσής Γ. Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, gtsir@aegean.gr Περίληψη Οι τάσεις κλιματικής αλλαγής που παρατηρούνται πρόσφατα αναμένεται να επηρεάσουν τις διεργασίες σε παράκτιες περιοχές, ιδιαίτερα σε μικρές λεκάνες με έντονο υδρολογικό κύκλο. Στην παρούσα εργασία έγινε ανάλυση βροχομετρικών δεδομένων από το 1936 έως σήμερα στην νήσο Λέσβο και εκτιμήθηκαν οι επιπτώσεις των αλλαγών στο υδρολογικό ισοζύγιο σε φαινόμενα ευτροφισμού στον κόλπο Καλλονής. Το ετήσιο ύψος βροχής δεν παρουσιάζει συγκεκριμένη τάση, όμως έχει μειωθεί ο αριθμός βροχερών ημερών ανά μήνα και κατά συνέπεια έχει αυξηθεί η ένταση της βροχόπτωσης. Η προσομοίωση τριών τυπικών ετήσιων κύκλων βροχής για τις περιόδους , και , έδειξε μικρή αύξηση της συνολικής απορροής την τελευταία δεκαετία και του συνολικού φορτίου θρεπτικών αζώτου και φωσφόρου. Όμως η κατανομή μεταξύ βροχοπτώσεων φαίνεται να είναι ομαλότερη με αποτέλεσμα ο αριθμός και η ένταση ευτροφικών επεισοδίων στον θαλάσσιο αποδέκτη να είναι κατά τι μικρότερα. Συμπερασματικά, οι τάσεις κλιματικής αλλαγής είναι απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη στον σχεδιασμό της ολοκληρωμένης διαχείρισης παρακτίων ζωνών. Λέξεις κλειδιά: Κλιματική αλλαγή, Αιγαίο πέλαγος, Παράκτιος ευτροφισμός, ισοζύγια ύδατος και θρεπτικών. TRENDS OF CLIMATE CHANGE IN THE EASTERN AEGEAN AND EFFECTS ON THE WATER AND NUTRIENT BUDGET OF A SEMI-ENCLOSED GULF Spyropoulou A., Tsirtsis G. Department of Marine Sciences, University of the Aegean,gtsir@aegean.gr Abstract The trends in climate change observed during the last decades will probably affect coastal processes, especially in small catchments characterized by rapid hydrological cycles. In the present work, an analysis of rainfall data from 1936 to date was performed for the island of Lesvos in Eastern Aegean; the effects of changes in the hydrological regime on eutrophication development were also studied in the Kalloni gulf. The annual rainfall height does not show a specific trend, however the number of wet days per month has decreased and therefore the rainfall intensity has increased. Simulation of three typical rainfall years for the periods , and has shown an increase in the amount of runoff and nutrients (nitrogen and phosphorus) during the last decade. However, the distribution of nutrient loading among rainfall episodes seems to be more even causing a small decrease in the number and intensity of eutrophication episodes during the last decade. In conclusion, the observed trends in climate change must be always taken into account in the design of integrated schemes for coastal zone management. Keywords: climate change, Aegean Sea, coastal eutrophication, water and nutrient budgets. 1. Εισαγωγή Η ανάπτυξη και υιοθέτηση περιβαλλοντικών πολιτικών προστασίας των εσωτερικών και παράκτιων υδάτων αποτελεί προτεραιότητα στην Ευρώπη την τελευταία δεκαετία (WFD, 2000). Στην κατεύθυνση αυτή είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι παρατηρούμενες τάσεις κλιματικών αλλαγών και οι επιπτώσεις τους. Αυτές αναμένεται να είναι σημαντικές και άμεσες στους αποδέκτες μικρών λεκανών απορροής που χαρακτηρίζονται από έντονο υδρολογικό κύκλο, με σύντομη περίοδο βροχόπτωσης κατά την διάρκεια του χειμώνα και ιδιαίτερα άνυδρα καλοκαίρια, όπως του Ανατολικού Αιγαίου. Σε αυτές τις λεκάνες, η κλιματική αλλαγή αναμένεται να επηρεάσει έντονα -499-

2 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι τόσο το ισοζύγιο νερού, μέσω της μεταβολής των απορροών και της εξάτμισης, όσο και το ισοζύγιο θρεπτικών στον αποδέκτη μέσω αλλαγών στις διεργασίας μεταφοράς από την χέρσο. Το ισοζύγιο θρεπτικών επηρεάζεται από δραστηριότητες όπως η γεωργία (λίπανση των εδαφών), η κτηνοτροφία, η οικιστική δραστηριότητα (αστικά απόβλητα) και η βιομηχανία (Justic et al., 1995). Αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων αυτών είναι συχνά η εμφάνιση φαινομένων ευτροφισμού σε παράκτια ύδατα (Vollenweider, 1992), ένας από τους κύριους παράγοντες που οδηγεί στην υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων (WFD, 2000). Στην παρούσα εργασία γίνεται μια πρώτη προσπάθεια καταγραφής των τάσεων κλιματικής αλλαγής στην νήσο Λέσβο στο Ανατολικό Αιγαίο και εκτίμησης των επιπτώσεων αυτής σε θέματα ποιότητας παρακτίων υδάτων. Για το σκοπό αυτό έγινε ανάλυση βροχομετρικών δεδομένων από το 1936 έως σήμερα και στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκε μοντέλο λεκάνης απορροής για την εκτίμηση ενδεχόμενων αλλαγών στα φορτία θρεπτικών που φτάνουν στον υδάτινο αποδέκτη (κόλπο Καλλονής) τις τελευταίες δεκαετίες. Τέλος εκτιμήθηκε η επίπτωση των αλλαγών αυτών στην εμφάνιση ευτροφικών επεισοδίων τα οποία συνήθως εμφανίζονται κατά την χειμερινή περίοδο λόγω της εισροής θρεπτικών από την χέρσο (Spatharis et al., 2007). 2. Μεθοδολογία Ο κόλπος της Καλλονής είναι μια ημίκλειστη αβαθής λεκάνη της νήσου Λέσβου στο Ανατολικό Αιγαίο. Καταλαμβάνει έκταση 115 Κm 2, το μήκος του είναι 22 Κm και το πλάτος του κυμαίνεται από 1 έως 7 Κm (Millet and Lamy, 2002). Το μέσο βάθος του είναι 10 m, ενώ το μέγιστο φτάνει τα 30 m στον δίαυλο επικοινωνίας με το Αιγαίο πέλαγος. Η λεκάνη απορροής του κόλπου Καλλονής βρίσκεται στο κεντρικό μέρος της νήσου Λέσβου με γεωγραφικό μήκος ως 26 18, γεωγραφικό πλάτος ως και έκταση 371,5 Κm 2. Οι κυριότερες χρήσεις γης περιλαμβάνουν δάση κωνοφόρων (22%), μακία βλάστηση (2%), ελαιώνες (16%), καλλιέργειες οπωροκηπευτικών και αστικές περιοχές (0.3%) κατά CORINE. Τα βροχομετρικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν από το 1955 έως σήμερα, προέρχονται από την Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (Σταθμός Αεροδρομίου Μυτιλήνης, 39 o 04 N, 26 o 36 A). Παράλληλα έγινε χρήση στατιστικών στοιχείων (Hutjeos, 1981) ιστορικών δεδομένων για το νησί ( , ) από τον ίδιο σταθμό. Η εκτίμηση της απορροής και των χερσαίων φορτίων θρεπτικών (νιτρικών, αμμωνιακών, φωσφορικών) σε διαλυτή μορφή που φτάνουν στον αποδέκτη σε ημερήσια βάση από σημειακές και μη σημειακές πηγές μετά από βροχόπτωση έγινε με την χρήση μοντέλου λεκάνης απορροής (Arhonditsis et al., 2002). Η λεκάνη απορροής χωρίζεται σε επτά τύπους κάλυψης (αστικές περιοχές, ελαιώνες, μακία βλάστηση, δάση κωνοφόρων, λιβάδια, κηπευτικά και υγρότοποι) και με βάση την εξίσωση Curve Number εκτιμάται η συνεισφορά του κάθε τύπου, λαμβάνοντας υπόψη και την γεωμορφολογία. Η βαθμονόμηση του μοντέλου βασίστηκε σε δεδομένα πεδίου τα οποία συλλέχτηκαν κατά την διάρκεια του έτους από τον μεγαλύτερο ποταμοχείμαρρο της περιοχής μελέτης (Spatharis et al., 2007). Η συσχέτιση χερσαίων φορτίων θρεπτικών και εμφάνισης επεισοδίων ευτροφισμού έγινε με βάση μεθοδολογία που έχει αναπτυχθεί από τους Tsirtsis et al. (2009). Η μεθοδολογία προβλέπει τον ορισμό τριών τιμών κατωφλίου για το ανόργανο άζωτο και φωσφόρο από την χέρσο, που αν υπερβληθούν αναμένεται η εμφάνιση επεισοδίων ευτροφισμού στον αποδέκτη. Το πρώτο κατώφλι (LS1) που προτάθηκε από τον Nixon (1983), δεν λαμβάνει υπόψη την ανανέωση των υδάτων θεωρώντας ότι ο αποδέκτης λειτουργεί ως λίμνη. Το δεύτερο (LS2) και το τρίτο (LS3), που προτάθηκαν από τον Vollenweider (1974, 1987), λαμβάνουν υπόψη σε διαφορετικό βαθμό μεταξύ τους την μείωση των επιπτώσεων των χερσαίων φορτίων λόγω της ανανέωσης των υδάτων του αποδέκτη. Ο υπολογισμός του χρόνου ανανέωσης των υδάτων του αποδέκτη έγινε με την χρήση ισοζυγίων -500-

3 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι ύδατος (χερσαίες απορροές, κατακρημνίσεις, εξάτμιση, ανταλλαγές με την ανοιχτή θάλασσα) και άλατος. 3. Αποτελέσματα Παρατηρήθηκε υπερετήσια μεταβλητότητα στο ύψος βροχής στην περιοχή μελέτης από το 1936 έως σήμερα, χωρίς στατιστικά σημαντική τάση. Το μέσο ύψος βροχής ήταν 653 mm, ενώ το ελάχιστο (247 mm) καταγράφηκε το έτος Έγινε σύγκριση ανά μήνα των μέσων τιμών ύψους βροχής, αριθμού βροχερών ημερών και της έντασης βροχόπτωσης (ως λόγος του μηνιαίου ύψους βροχής προς τον αριθμό βροχερών ημερών) για τρείς χρονικές περιόδους, , και Αν και δεν παρατηρήθηκε ιδιαίτερη διαφοροποίηση στο μηνιαίο ύψος βροχής τις τρεις περιόδους, φαίνεται να μειώθηκε ο αριθμός των ημερών βροχής τους περισσότερους μήνες μετά το Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της έντασης βροχόπτωσης ιδιαίτερα κατά την τελευταία δεκαετία (Εικ. 1). Η αύξηση αυτή είναι ιδιαίτερα εμφανής τους μήνες Φεβρουάριο, Σεπτέμβριο, Οκτώβριο και Νοέμβριο. Εικ. 1: Μέση μηνιαία ένταση βροχόπτωσης (λόγος μηνιαίου ύψους βροχής προς αριθμό βροχερών ημερών) για τις περιόδους , και Δεδομένων των μεταβολών που παρατηρήθηκαν, κυρίως στην ένταση βροχόπτωσης, αναπτύχθηκαν τρία τυπικά έτη βροχόπτωσης για τις τρεις χρονικές περιόδους ( , και ) που χαρακτηρίζονται από το μηνιαίο ύψος βροχής και τον αριθμό ημερών βροχής που παρατηρήθηκαν στα αντίστοιχα βροχομετρικά δεδομένα. Τα τρία τυπικά αυτά έτη χρησιμοποιήθηκαν στην συνέχεια ως είσοδος στο μοντέλο λεκάνης απορροής προκειμένου να εκτιμηθούν πιθανές μεταβολές στην απορροή και τα φορτία θρεπτικών που φτάνουν στον αποδέκτη λόγω των κλιματικών αλλαγών. Για την εκτέλεση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν τα κοινωνικά και οικονομικά στοιχεία της τελευταίας δεκαετίας (χρήσεις γης, πληθυσμός, γεωργική δραστηριότητα) ώστε να απομονωθούν οι όποιες επιδράσεις της αλλαγής στην βροχόπτωση ανάμεσα στις τρεις χρονικές περιόδους. Όπως προκύπτει (Εικ. 2) η ετήσια απορροή έχει αυξηθεί την τελευταία δεκαετία, σε σημαντικό ποσοστό (10% περίπου) σε σχέση με την προηγούμενη τριακονταετία. Η κατανομή της απορροής μεταξύ μηνών επίσης φαίνεται να έχει αλλάξει την τελευταία δεκαετία, παρουσιάζοντας αύξηση τους εαρινούς και φθινοπωρινούς μήνες και μέγιστη μηνιαία τιμή τον Φεβρουάριο αντί του Δεκεμβρίου, Ιανουαρίου τις προηγούμενες δεκαετίες. Αντίστοιχες κατανομές παρατηρήθηκαν για τα χερσαία φορτία θρεπτικών, δηλαδή ανόργανου αζώτου και φωσφόρου σε διαλυτή μορφή

4 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Εικ. 2: Ετήσια και μηνιαία μεταβλητότητα απορροής για τις τρείς χρονικές περιόδους , , Στη συνέχεια εκτιμήθηκε η συνεισφορά των θρεπτικών φορτίων από την χέρσο (αζώτου και φωσφόρου) στην ανάπτυξη ευτροφικών επεισοδίων στην περιοχή μελέτης με βάση προηγούμενη εργασία (Tsirtsis et al., 2009). Στην περίπτωση του κόλπου Καλλονής, έχει βρεθεί ότι τα φορτία νιτρικών επηρεάζουν το σύστημα και προκαλούν επεισόδια ευτροφισμού (Spatharis et al., 2007), ενώ τα κατώφλια φωσφορικών είναι σε κάθε περίπτωση πολύ υψηλότερα των χερσαίων φορτίων και μη προσεγγίσιμα. Από τα τρία κατώφλια, το πρώτο (LS1) που δεν λαμβάνει υπόψη τον χρόνο ανανέωσης και θεωρεί ότι το σύστημα προσομοιάζει λίμνη βρέθηκε ως πλέον αποτελεσματικό. Αυτό ερμηνεύεται με βάση τις κατανομές των φυσικών παραμέτρων (Εικ. 3) οι οποίες απομονώνουν σε μεγάλο βαθμό το εσωτερικό του κόλπου από την ανοιχτή θάλασσα. Η χρονική μεταβολή των χερσαίων φορτίων νιτρικών για τους τρεις τυπικούς ετήσιους κύκλους που προσομοιώθηκαν και τα τρία κατώφλια ευτροφισμού, φαίνονται στην Εικόνα 4. Υπέρβαση των κατωφλίων ευτροφισμού παρατηρείται τους μήνες Δεκέμβριο, Ιανουάριο και Μάρτιο στους τυπικούς ετήσιους κύκλους των περιόδων και Μάλιστα για την πρώτη περίοδο και τον μήνα Ιανουάριο η υπέρβαση είναι αξιοσημείωτη αγγίζοντας το δεύτερο κατώφλι ευτροφισμού που λαμβάνει υπόψη τον χρόνο ανανέωσης των υδάτων. Ο χρόνος αυτός που υπολογίστηκε βάσει των ισοζυγίων ύδατος και άλατος, εκτιμήθηκε στις 90 περίπου ημέρες για τη χειμερινή περίοδο και τις τρεις χρονικές περιόδους που μελετήθηκαν. Την τελευταία δεκαετία υπέρβαση του πρώτου κατωφλίου ευτροφισμού παρατηρείται μόνο τους μήνες Δεκέμβριο και Φεβρουάριο και σε μικρότερο βαθμό σε σχέση με τις προηγούμενες δεκαετίες Εικ. 3: Κατακόρυφες κατανομές α) θερμοκρασίας o C, β) αλατότητας psu, και γ) πυκνότητας sigma-t του κόλπου Καλλονής για τον μήνα Φεβρουάριο από το εσωτερικό (βόρειο) τμήμα (δεξιά) προς την ανοιχτή θάλασσα (αριστερά)

5 9 ο Πανελλήνιο Συμπόσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Πρακτικά, Τόμος Ι Εικ. 4: Χρονική μεταβλητότητα του χερσαίου φορτίου νιτρικών κατά τους τρείς τυπικούς ετήσιους κύκλους των περιόδων , και , και κατώφλι ευτροφισμού 4. Συμπεράσματα - Συζήτηση Οι τάσεις κλιματικής αλλαγής που παρατηρούνται πρόσφατα επηρεάζουν όχι μόνο διεργασίες σε παγκόσμια κλίμακα αλλά και σε τοπική. Ειδικά στο Ανατολικό Αιγαίο που οι κλιματικές συνθήκες χαρακτηρίζονται από μακρά άνυδρα καλοκαίρια και σύντομους βροχερούς χειμώνες, η επίδραση των αλλαγών αναμένεται να είναι σημαντική. Επιπλέον η μεγάλη σημασία των αποθεμάτων γλυκού νερού για τις περιοχές αυτές επιτάσσει την εκτενή μελέτη των ενδεχόμενων αλλαγών στο υδρολογικό ισοζύγιο. Στην περιοχή μελέτης, συγκεκριμένα η παράκτια περιοχή του κόλπου Καλλονής, βρέθηκε ότι το ετήσιο ύψος βροχόπτωσης δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη τάση μεταβολής από το 1936 έως σήμερα, ενώ έχει αλλάξει την τελευταία δεκαετία η κατανομή της βροχόπτωσης μεταξύ των μηνών. Αξιοσημείωτη είναι η μείωση του αριθμού βροχερών ημερών τους περισσότερους μήνες, με αποτέλεσμα να έχει αυξηθεί η ένταση της βροχόπτωσης. Σε ό,τι αφορά στην ανάπτυξη ευτροφικών επεισοδίων αναμένεται αυτά να είναι κατά τι λιγότερα και μικρότερης έντασης κατά την διάρκεια του έτους αν συνεχιστεί η σημερινή τάση βροχόπτωσης. Η μείωση του αριθμού ημερών βροχής και η επακόλουθη επιμήκυνση των άνομβρων περιόδων κατά την διάρκεια του χειμώνα φαίνεται να ευνοεί την συγκράτηση των θρεπτικών στο έδαφος και κατά συνέπεια την ομαλότερη κατανομή των φορτίων που φτάνουν στον τελικό αποδέκτη. Σε κάθε περίπτωση οι τάσεις κλιματικής αλλαγής πρέπει απαραίτητα να λαμβάνονται υπόψη στον σχεδιασμό και την ολοκληρωμένη διαχείριση παρακτίων ζωνών, δεδομένου ότι φαίνεται να επηρεάζουν άμεσα το νερό, γλυκό και θαλασσινό, που αποτελεί φυσικό πόρο μεγάλης αξίας, ιδιαίτερα στις νησιωτικές περιοχές του Ανατολικού Αιγαίου. 5. Βιβλιογραφικές Αναφορές Arhonditsis, G., Tsirtsis, G. & KarydiS, M., The effects of episodic rainfall events to the dynamics of coastal marine ecosystems: applications to a semi-enclosed gulf in the Mediterranean Sea. Journal of Marine Systems, 35: Houtjeos, G.M., Contribution to the study of the climate of the island of Lesbos. Mytilini, Greece. Justic, D., Rabalais, N.,N. & Turner, R.E., Stoichiometric Nutrient Balance and Origin of Coastal Eutrophication. Marine Pollution Bulletin, 30: Millet, B. & Lamy, N., Spatial patterns and seasonal strategy of macrobenthic species relating to hydrodynamics in a coastal bay. Journal Recherche Oceanographique, 27: Nixon, S.W., Estuarine ecology: A comparative and experimental analysis using 14 estuaries and the MERL microcosms. EPA, Chesapeake Bay Program. Spatharis, S., Danielidis, D.B. & Tsirtsis, G., Recurrent Pseudo-nitzschia calliantha (Bacillariophyceae) and Alexandrium insuetum (Dinophyceae) winter blooms induced by agricultural runoff. Harmful Algae, 6: Tsirtsis, G., Spatharis, S., Sampatakaki, A. & Spyropoulou, A., Thresholds of terrestrial nutrient loading for the development of eutrophication episodes in a coastal embayment in the Aegean. Transitional Water Bulletin (accepted)

6 9 th Symposium on Oceanography & Fisheries, Proceedings, Volume Ι Vollenweider, R.A., Environmental factors linked with primary production. A manual on methods for measuring primary production in aquatic environments. IBP Handbook, vol. 12, Blackwell Scientific, Boston. Vollenweider, R.A., Scientific concepts and methodologies pertinent to lake research and lake restoration. Schweizerische Zeitschrift fur Hydrobiologie, 49: Vollenweider, R.A., Coastal marine eutrophication. Elsevier, London. WFD, European Commission Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy. Official Journal of the European Communities, Brussels L 327: