Effects of the interannual variability of water column stratification on phytoplankton production and biomass in the northern zone off Baja California

The ocean off the Baja California Peninsula (Mexico) has been affected by interannual processes. Some of these processes have produced changes in oceanic circulation and the atmosphere, which have been reflected in the structure of the water column. Stratification, defined as the amount of energy needed to mix water throughout the water column, determines nutrient availability in the euphotic zone for phytoplankton growth. The aim of this study is to describe and relate the interannual variations of phytoplankton production and biomass with changes in the structure of the water column. To this end, we analyzed time series (1997–2016) for integrated Chlorophyll a, integrated primary production, pycnocline depth, mixed layer depth, and stratification indices along line 100 of the Investigaciones Mexicanas de la Corriente de California (IMECOCAL) program. The results showed 2 periods of high stratification and a decrease in phytoplankton production and biomass off Baja California, corresponding to the intrusion of subarctic water and El Nino 2015–2016. Finally, by using generalized additive models, we related 2 photosynthethic parameters-maximum photosynthetic rate and maximum light utilization coefficient-with water stratification. These relationships explained interannual variations in phytoplankton production in terms of water column stratification. The time series and the analysis reported here for IMECOCAL line 100 could be used to extrapolate the effects of interannual physical processes on phytoplankton in other zones off the Baja California peninsula. El oceano frente a las costas de la peninsula de Baja California ha sido afectado por diferentes procesos interanuales. Algunos de estos procesos han generado cambios en la circulacion oceanica y en la atmosfera que se han reflejado en la estratificacion de la columna de agua. La estratificacion, definida como la cantidad de energia necesaria para mezclar una columna de agua, determina la disponibilidad de nutrientes necesarios para el crecimiento del fitoplancton. El objetivo de este articulo es describir y relacionar las variaciones interanuales de la biomasa y produccion del fitoplancton con la estructura de la columna de agua. Para esto, se analizaron las series de tiempo (1997–2016) de clorofila a y produccion primaria integradas, profundidad de la picnoclina y de la capa de mezcla y los indices de estratificacion entre la superficie y los 100 y 200 m en la Linea 100 del programa Investigaciones Mexicanas de la Corriente de California (IMECOCAL). Los resultados mostraron que los periodos de mayor estratificacion en la columna de agua fueron durante la intrusion de agua subartica 2002–2007 y El Nino 2015–2016, los cuales trajeron como consecuencia el mayor declive en la biomasa del fitoplancton (en ambos periodos) y de produccion primaria (durante El Nino 2015–2016) en la zona norte frente a Baja California. Finalmente, se relacionaron la tasa fotosintetica maxima y el coeficiente de utilizacion maxima de la luz, con el indice de estratificacion por medio de modelos aditivos generalizados. Estas relaciones explicaron las variaciones interanuales en la produccion primaria en correspondencia con la estratificacion de la columna de agua. Las series de tiempo y el analisis presentado aqui para la linea 100 del IMECOCAL podran ser extrapoladas a otras zonas frente a la peninsula para entender la relacion entre los procesos fisicos con la biomasa y produccion primaria del fitoplancton. Palabras clave: fitoplancton, estratificacion, produccion primaria, Baja California, MECOCAL.