8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 787 ΠεριοδικΕς μεταβολες της θερμοκρασιας στην λιμνοθαλασσα του Παπα (Αραξος, ΔυτικΗ ΕλλΑδα) Κατσέλης Γεώργιος 1, Βαβαρούτα Βασιλική 1, Ρογδακης Ιωάννης 1 και Κουτσικόπουλος Κωνσταντίνος 2 1 ΤΕΙ Μεσολογγίου, Τμήμα ΙΧΘ. ΑΛ., Νέα Κτίρια, Μεσολόγγι gkatsel@teimes.gr, 2 Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Βιολογίας. 26500 Ρίο, Πάτρα. Περίληψη Την περίοδο Σεπτέμβριος 2004 έως Φεβρουάριος 2005 λήφθηκαν με αυτόματα καταγραφικά τύπου OM-41 θερμοκρασίες νερού από 4 σταθμούς (2 εσωτερικούς (ΙΝ) και 2 στους διαύλους επικοινωνίας με την θάλασσα (SC)) της λιμνοθάλασσας Πάπας (Δυτική Ελλάδα) με συχνότητα λήψης ανά 15 λεπτά. Στα δεδομένα προσαρμόσθηκε ένα αρμονικό μοντέλο για τις κύριες συχνότητες που αφορούν αστρονομικά περιοδικά φαινόμενα. Τα μοντέλα είχαν υψηλή προσαρμογή (R2:0.70-0.83). Στατιστικά σημαντικές (Ρ>0.05) ήταν οι συνιστώσες που αφορούν στον ημιετήσιο ηλιακό κύκλο (SSA) καθώς και αυτές που αφορούν στον μηνιαίο σεληνιακό κύκλο (MS, MA) και στις αρμονικές (MS2, MA2, MS3, MA3, MS4 και MA4). H συνιστώσα Μ2 ήταν ανιχνεύσιμη στους SC με εύρος 1.0 oc. Οι συνιστώσες S1 και S2 είχαν μεγαλύτερο εύρος στους SC σταθμούς (S1>0.94 oc, S2>0.54 oc και S1:0.38-0.44 oc, S2:0.10-0.18 oc στους SC και ΙΝ αντίστοιχα). Η ανάλυση φάσματος (Spectral analysis) στις χρονοσειρες των υπολειμμάτων των μοντέλων έδειξε ότι παραμένουν σε αυτά συνιστώσες με περιόδους μεγαλύτερες των 30 ημερών, και με περιόδους μεταξύ 17 και 24 ημερών, 11.37 και 8.53 ημέρες. Στους SC σταθμούς ανιχνεύθηκαν επίσης συνιστώσες με περιόδους κοντά στην Μ2 (0.5187, 0.5171 και 0.5156 ημέρες). Τα αποτελέσματα υποστηρίζουν ότι οι ανταλλαγές νερών με την θάλασσα είναι μικρής κλίμακας ενώ οι θερμοκρασιακές ημερήσιες μεταβολές σχετίζονται με ανεμογενη ρεύματα και τις ανταλλαγές θερμότητας με το υπόστρωμα. Λέξεις κλειδιά: λιμνοθάλασσα, λιμνοθάλασσα Παπας, θερμοκρασία, παλίροια, αρμονική αναλυση Periodic changes of water temperature in Papas lagoon (Western Greece) Katselis George, Vavarouta Vasiliki, Rogdakis Yiannis and Koutsikopoulos Constantin ABSTRACT The harmonic model was used to analyze the water temperature time series from the Papas lagoon. The data were recorded during the period 10-9-2004 to 17-2-2005 using temperature data loggers OM-41 at 15-min intervals. The harmonic model based on the main components of the tidal cycle showed a satisfactory fitting (R2:0.70-0.83). The long period waves composed by the semiannual (SSA), the monthly moon components (MS, MA) and theirs harmonics (MS2, MA2, MS3, MA3, MS4 MA4) were statistically significant in all stations. The M2 component with amplitude 1.0 o C was detectable only in two stations (SC) found in the sea-lagoon communication channel. The S1 and S2 components showed greater amplitude in the SC than in internal stations (IN) (S1>0.94 o C, S2>0.54 o C and S1:0.38-0.44 oc, S2:0.10-0.18 o C in SC and internal station respectively). The results revealed a phase displacement between the internal and the stations located at the sea-lagoon interface and suggested limited exchanges between lagoon and sea. The wind-generated currents and heat exchanges with the sediment are the main factors influencing the water temperature in the lagoon. Keywords: lagoon, Papas lagoon, temperature, tide, harmonic analysis.
788 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι λιμνοθάλασσες είναι από τα παραγωγικότερα οικοσυστήματα με έντονη αλιευτική δραστηριότητα (KAPETSKY 1984) και χαρακτηρίζονται από μεγάλες διακυμάνσεις φυσικοχημικών παραμέτρων, τόσο σε εποχιακή όσο και σε ημερήσια κλίμακα. Η θερμοκρασία είναι ένας από τους σημαντικότερους φυσικοχημικούς παράγοντες που σχετίζεται με την χωροχρονική βιοποικιλότητα των συστημάτων αυτών (KAPETSKY 1984;ROGERS and MILLNER,1996), το μεταναστευτικό πρότυπο των ψαριών (ΚΑΤΣΕΛΗΣ κα., 2005) και τις δυστροφικές κρίσεις. Η θερμοκρασία του νερού στις αβαθείς λιμνοθάλασσες είναι αποτέλεσμα της ηλιακής θερμότητας, των ανταλλαγών με την ατμόσφαιρα και το βυθό καθώς και ανταλλαγών θερμότητας με την θάλασσα μέσω των παλιρροϊκών κινήσεων των νερών (VINCENZI and PUGNAGHI,1996). Η λιμνοθάλασσα του Πάπα είναι μια κλειστού τύπου λιμνοθάλασσα συνολικής έκτασης περίπου 4.5 Km2 και μέσο βάθος 1.2 m (σχήμα 1). Η επικοινωνία με την θάλασσα γίνεται μέσω τριών καναλιών (από Ιόνιο και Πατραϊκό κόλπο) με μικρό βαθμό ανανέωσης των νερών και υψηλές αλιευτικές αποδόσεις παρά τα περιοδικά φαινόμενα δυστροφικών κρίσεων (ΕΚΘΕ, 2000, ΑΝΩΝΥΜΟΣ, 2001). Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη των χωρικών περιοδικών αλλαγών της θερμοκρασίας του νερού στην λιμνοθάλασσα ΠΑΠΑΣ. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Σε τέσσερις σταθμούς στην λιμνοθάλασσα του Παπα (σχήμα 1) τοποθετήθηκαν αυτόματα καταγραφικά θερμοκρασίας τύπου OM-41 όπου για την περίοδο 10-9-04 έως 17-2-05 κατέγραφαν την θερμοκρασία του νερού ανά 15 λεπτά. Στις χρονοσειρες θερμοκρασίας από κάθε σταθμό έγινε ανάλυση μη γραμμικής παλινδρόμησης με βάση το μοντέλο: o 2π ( t θ ) ( ) i T t = m + a i cos i Pi, όπου T(t) η θερμοκρασία σε έναν σταθμό στο χρόνο t, m η μέση τιμή της χρονοσειρας της ο θερμοκρασίας, α i,p i και θ ι, είναι το πλάτος, η περίοδος και η φάση αντίστοιχα για κάθε περίοδο Ρi. Οι περίοδοι αφορούν τις κύριες συνιστώσες του ηλιακού και του σεληνιακού κύκλου (Πίνακας 1). Στα υπολείμματα των μοντέλων Σχήμα 1. Χάρτης περιοχής μελέτης
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 789 Πίνακας 1. Πλάτος (ai) και φάση (θi) σε ημέρες για κάθε σταθμό για κάθε συνιστώσα. Η φάση αναφέρεται στην 10/9/04, 00:00. Οι έντονες τιμές αφορούν στις στατιστικά σημαντικές (Ρ<0.05) ( ) θ ι a i συνιστώσα Περίοδος (ημέρες) Σ5 Σ1 Σ4 Σ3 m 17.43 17.46 16.03 15.57 SSA 182.6217 5.553 (28.8) 5.38 (29.5) 6.51 (27.3) 6.77 (28.4) MS 29.5300 2.163 (21.7) 2.1 (13.6) 1.75 (15.6) 1.92 (15.1) MA 27.5545 1.923 (10.7) 2.07 (3.26) 1.99 (5.72) 2.15 (5.07) MS2 14.765 0.252 (3.14) 0.05 (0.56) 0.23 (2.75) 0.22 (3) MA2 13.775 0.369 (2.05) 0.45 (2.22) 0.33 (1.89) 0.46 (1.39) MS3 9.843 0.186 (3.75) 0.17 (3.82) 0.2 (3.36) 0.26 (3.34) MA3 9.183 0.106 (1.64) 0.13 (5.27) 0.23 (5.28) 0.22 (5.59) MS4 7.383 0.273 (0.73) 0.28 (0.5) 0.25 (0.94) 0.35 (0.74) MA4 6.888 0.11 (5.36) 0.14 (4.57) 0.01 (-0.1) 0.01 (1.33) O1 1.076 0.068 (0.47) 0.01 (0.11) 0.01 (0.61) 0.07 (0.08) M1 1.035 0.052 (0.2) 0.08 (0.1) 0.03 (0.2) 0.06 (0.19) P1 1.003 0.468 (0) 0.27 (0.88) 0.19 (0.9) 0.01 (0.4) S1 1.000 1.001 (0.72) 0.68 (0.87) 0.38 (0.65) 0.44 (0.64) K1 0.997 0.461 (0.44) 0.27 (0.49) 0.01 (0.47) 0.2 (0.9) N2 0.527 0.185 (0.3) 0.2 (0.31) 0.02 (0.05) 0.02 (0.08) M2 0.5175 1.229 (0.03) 0.94 (0.05) 0.01 (0.19) 0 (0.22) L2 0.508 0.159 (-0.05) 0.04 (0.06) 0.03 (0.08) 0.03 (0.02) S2 0.500 0.693 (0.18) 0.54 (0.2) 0.10 (0.05) 0.18 (0.05) K2 0.499 0.064 (0) 0.09 (0.41) 0.01 (0.07) 0.09 (0.28) R 2 0.72 0.74 0.81 0.83 έγινε ανάλυση φάσματος (Spectral analysis) για την διερεύνηση περαιτέρω σημαντικών συνιστωσών (DIGGLE,1990). Όλες οι αναλύσεις έγιναν στο στατιστικό πακέτο SPSS ver. 13. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Στον πίνακα 1 φαίνονται οι εκτιμούμενοι συντελεστές του μοντέλου. Το μοντέλο περιγραφής θερμοκρασιών σε κάθε σταθμό παρουσιάζει σχετικά υψηλή προσαρμογή στις παρατηρούμενες τιμές δεδομένα (R 2 >0.70). Είναι σαφές ότι οι εσωτερικοί σταθμοί παρουσιάζουν μικρότερη μέση τιμή θερμοκρασίας κατά 1-1.5 o C έναντι των θερμοκρασιών στους διαύλους. Επίσης το πλάτος της εποχικής συνιστώσας (SSA) κυμαί-
790 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας Σχήμα 2. Περιοδόγραμμα των υπολειμμάτων των μοντέλων για τους σταθμούς Σ5 & Σ4. νεται από 5.38-6.77 o C και είναι μεγαλύτερη στους εσωτερικούς σταθμούς. Οι μέσης κλίμακας συνιστώσες (MS, MA) που σχετίζονται με τον μηνιαίο σεληνιακό κύκλο έχουν σχετικά υψηλή τιμή διακύμανσης της θερμοκρασίας και στους τέσσερις σταθμούς (a 2 o C). Στις υψηλής συχνότητας διακυμάνσεις οι συνιστώσες που σχετίζονται με τον ημερήσιο (S1), ημι-ημερήσιο ηλιακό κύκλο (S2), οι P1, K1, Ν2, L2, K2, και η συνιστώσα που σχετίζεται με τον ημι-ημερήσιο σεληνιακό κύκλο (Μ2) αποτελούν το φάσμα των στατιστικά σημαντικών συνιστωσών. Οι συνιστώσες S1 και S2 έχουν μεγαλύτερα πλάτη στους σταθμούς των διαύλων (as1>0.94 o C, as2>0.54 o C) σε σχέση με τους εσωτερικούς σταθμούς (as1=0.38 και 0.44 o C, as2=0.10 και 0.18 o C). Τέλος η συνιστώσα (Μ2) έχει σχετικά υψηλή τιμή στους δίαυλους (Σ5:aM2=1.229 oc, Σ1: am2=0.94 o C) ενώ στο εσωτερικό της λιμνοθάλασσας η Μ2 είναι μη ανιχνεύσιμη. Στατιστικά σημαντική διαφορά φάσεως μεταξύ των σταθμών ανιχνεύθηκε στην συνιστώσα S2 (Ρ<0.05). Οι διαφορές εστιάζονται μεταξύ εσωτερικών σταθμών και σταθμών στους διαύλους όπου παρατηρείται καθυστέρηση κατά περίπου 3 ώρες (π/2) σε σχέση με τους εσωτερικούς σταθμούς. Τα περιοδoγράμματα των υπολειμμάτων των μοντέλων έδειξαν ότι μερικές συνιστώσες υψηλών περιόδων (>30 ημέρες), αυτές με περιόδους μεταξύ 17-24 ημέρες καθώς και οι συνιστώσες με περιόδους 11.37 ημέρες και 8.53 ημέρες παραμένουν στα υπολείμματα. Στους σταθμούς των διαύλων επίσης ανιχνεύεται ένα σύνολο περιόδων γύρω από την Μ2 (0.5187, 0.5171 και 0.5156 ημέρες) (σχήμα 2), οι οποίες δημιουργούνται για να περιγράψουν την αναστροφή της φάσης της Μ2 όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ θάλασσας και λιμνοθάλασσας αλλάζει πρόσημο. Τα παραπάνω δείχνουν ότι η λιμνοθάλασσα του Πάπα είναι ένα σύστημα με μικρή επίδραση από τις ημερήσιες ανταλλαγές νερού με τη
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 791 θάλασσα, κάτι που υποστηρίζεται από την μελέτη της κίνησής τους (ΕΚΘΕ, 2000). Οι κύριες συνιστώσες μεταβολών της θερμοκρασίας στο εσωτερικό της λιμνοθάλασσας σε ημερήσια κλίμακα είναι οι S1 και S2 και πιθανά σχετίζονται με ανεμογενή ρεύματα (ΕΚΘΕ, 2000) που αφορούν στην απόκριση του συστήματος στις ημερήσιες και ημι-ημερήσιες αλλαγές των ανεμολογικών (LEMMIN, & D ADAMO, 1996) και βαρομετρικών συνθηκών στην περιοχή καθώς και σε αντίστοιχες αλλαγές της θερμοκρασίας του υποστρώματος (YANG-KI et al., 2005). ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία αποτελεί τμήμα ερευνητικού έργου το οποίο χρηματοδοτείται από την Επιτροπή Ερευνών του ΤΕΙ Μεσολογγίου και έγινε με την βοήθεια του Αλιευτικού συνεταιρισμού «Πρωτόκλητος» ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΑΝΩΝΥΜΟΣ, 2001. Μελέτη Οργάνωσης & Λειτουργίας Αλιευτικής εκμετάλλευσης Λιμνοθαλασσών. ΙΧΘΥΚΑ, ΥΠ. ΓΕΩΡΓΙΑΣ Δ/ση Υδατοκαλ/γειών & Εσωτερ. Υδάτων. Τελικη εκθεση έργου, 166 σελ. ΕΚΘΕ, 2000. Παρακολούθηση του οικοσυστήματος λιμνοθάλασσας ΠΑΠΑ ακρωτηρίου Αραξου Αχαίας και προτασεις διαχείρισης και προστασίας αυτής. Τελική έκθεση, 190 σελ. DIGGLE, P.J.,1990. Times series: A biostatistical introduction. Oxford University Press Inc. New York. 257 pp. VINCENZI, S. and S., PUGNAGHI, 1996. Temperature of a shallow lagoon (solar and tidal cycle interaction). Journal of Hydrology 179: 377-389 KAPETSKY, J.M., 1984. Coastal lagoon fisheries around the world: some perspectives on fishery yields, and other comparative fishery characteristics. In : Kapetsky, J.M and Lasserre G. (eds), Management of coastal lagoon fisheries, Amenagement des peches dans les lagunes cotieres, pp. 98-116. Stud. Rev. GFCM/Etud.Rev.CGPM (61). ΚΑΤΣΕΛΗΣ Γ., ΚΟΥΤΣΙΚΟΠΟΥΛΟΣ, Κ., ΡΟΓΔΑΚΗΣ, Ι. και ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ, Ε. 2005. Ανάλυση των ημερήσιων συλλήψεων του είδους Liza saliens (γάστρος) στην λιμνοθάλασσα Μεσολογγίου Αιτωλικού. Πρακτικά 12 ου Συνεδρίου Ιχθυολόγων: 201-204. LEMMIN, U. and D ADAMO N.,1996. Summertime winds and direct cyclonic circulation: observations from Lake Geneva. Ann. Geophysicae 14: 1207 1220 ROGERS, S. I. and R. S. MILLNER, 1996. Factors affecting the annual abundance and regional distribution of English inshore demersal fish populations: 1973 to 1995. ICES Journal of Marine Science, 53: 1094 1112. YANG-KI C., TAE-WAN, K., KWANG-WOO, Y., LAE-HANK, P., HYUNG-TAE, M., SANG-HO, L. & YONG-HOON, Y. 2005. Temporal and spatial variabilities in the sediment temperature on the Baeksu tidal flat, Korea. Estuaries, Coastal and shelf Science 65: 302-308.