Estimation of seasonal and inter-annual variations in biomass and phytoplankton composition in the Southern Ocean over the past two decades and evaluation of their ecological consequences
Estimation des variations saisonnières et interannuelles de la biomasse et de la composition en phytoplancton du secteur indien de l’Océan Austral sur les deux dernières décennies et évaluation de leurs conséquences écologiques
Résumé
The main objective of this thesis is to examine the timescales associated with variations in phytoplankton concentration in the Southern Ocean and provide key data to understand how external forcing conditions phytoplankton growth at various spatio-temporal scales. Furthermore, this thesis opens the way to the assessment of the influence of variations in primary production on the ecosystem. The first objective of this thesis was to disentangle the different timescales of variation present in long-term time series of chlorophyll-a concentration estimated from satellite data. The first objective was specifically to characterize the different types of phytoplankton phenologies in the Southern Ocean, to study their spatial distribution and to assess their evolution in time. Secondly, the work in this thesis focused on the Indian sector of the Southern Ocean to study
more specifically the linkages between primary production dynamics and ecosystem functioning. In the second objective, we defined bioregions based on phenology of satellite chlorophyll-a concentration estimates. The dynamics of these bioregions were first studied in terms of phytoplankton community composition using a satellite model. Then, indicators derived from tracking data of a top predator - the southern elephant seal (Mirounga leonina) - were used to infer potential influence of variations in primary production on higher trophic levels. Finally, in a third objective, we proposed a method based on a cost-effective optical variable - namely, light
attenuation in the water column - to improve accuracy and spatial resolution of bio-logging-derived chlorophyll a fluorescence measurements. In the context of upcoming high-resolution oceancirculation satellite missions, the method shows promising for the studying of bio-physical interactions at (sub)mesoscale in the Southern Ocean.
L'objectif principal de cette thèse est d'examiner les échelles de temps associées aux variations de la concentration en phytoplancton dans l'Océan Austral et de fournir des onnées clés pour comprendre comment les forçages externes conditionnent la croissance du phytoplancton à différentes échelles spatio-temporelles. En outre, cette thèse ouvre la voie à l'évaluation de l’influence des variations de production primaire sur l’écosystème. Le premier objectif de cettethèse visait à isoler les différentes échelles temporelles de variation présentes dans les séries temporelles à long terme de concentration en chlorophylle a estimées à partir de données satellite.
Le premier objectif consistait spécifiquement à caractériser les différents types de phénologies phytoplanctoniques dans l'Océan Austral, à étudier leur distribution spatiale ainsi qu’à évaluer de leur évolution dans le temps. Deuxièmement, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur le secteur Indien de l'Océan Austral afin d'étudier plus spécifiquement les liens entre la dynamique de la production primaire et le fonctionnement de l'écosystème. Dans le deuxième objectif, nous avons défini des biorégions basées sur la phénologie la chlorophylle a telle qu’estimée par satellite. La dymanique de ces biorégions a été dans un premier temps étudiée en termes de composition de la communauté phytoplanctonique à partir d'un modèle satellitaire. Puis des données caractérisant le comportement de recherche de nourriture d’un prédateur supérieur - l'éléphant de mer du Sud (Mirounga leonina) ont permis d’étudier la dynamique des biorégions aux niveaux trophiques supérieurs. Enfin, dans un troisième objectif, nous avons proposé une méthode basée sur une
variable optique de base - l'atténuation de la lumière dans la colonne d'eau - pour améliorer la précision et la résolution spatiale des mesures de fluorescence de la chlorophylle a dérivées du biologging. Dans le contexte de missions satellitaires à venir focalisées sur l’observation à haute résolution de circulation océanique, la méthode que nous présentons est prometteuse pour l'étude des interactions bio-physiques à (sub)mésoéchelle dans l'océan Austral.
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