Hydrographic variability in the Gulf of Papagayo, Costa Rica during 2017-2019

Introduction: The Gulf of Papagayo (GP) is a site of socioeconomic importance located in the North Pacific of Costa Rica. The ecosystem services of this site represent a benefit in local communities, and its dynamics are influenced by a coastal upwelling system that affects fishing and commercial activity. Objective: The objective of this study was to characterize the spatio-temporal variability of the main hydrographic parameters through measurements in situ during the period 2017-2019. Methods: Eight measurement campaigns were carried out, where a CTD probe was deployed to perform vertical profiles in 23 stations distributed throughout the GP, to characterize the variations in temperature, salinity, dissolved oxygen and chlorophyll concentration. Results: A minimum in surface and bottom temperature associated with upwelling caused by the wind was found in the first period of the year. The increase in salinity was associated with the decrease in temperature, being its highest value in the first period of the year, decreasing until reaching a minimum in November. The maximum chlorophyll concentration ​​coincided with the lowest surface temperatures and the minimum oxygen values were associated ​​with the minimum bottom temperatures, both occurring during the upwelling season. The parameter distribution was similar on dry and rainy seasons in stations located inside Bahía Culebra, likely attributed to the bathymetry effect. Conclusions: Bathymetry determines a south-north asymmetry for salinity and temperature. Subsurface cooling events coincide with strong wind periods. Upwelling influences the surface and bottom hydrographic dynamic in GP and determines the seasonal variability. The negative ENSO phase of 2018 corresponded with the strongest upwelling period, possibly promoting the interaction of upwelled coastal waters and the Costa Rica Thermal Dome.

Introducción: El Golfo de Papagayo (GP) es un sitio de alta importancia socioeconómica ubicado en el Pacifico Norte de Costa Rica. Los servicios ecosistémicos de este sitio representan un beneficio a las comunidades locales, y su dinámica está influenciada por un sistema de surgencia costera que influye en la actividad pesquera y comercial. Objetivo: El objetivo de este estudio fue caracterizar la variabilidad espacio-temporal de los principales parámetros hidrográficos a través de mediciones in situ durante el período 2017-2019. Metodología: Se realizaron 8 campañas de medición, donde se desplegó una sonda CTD para realizar perfiles verticales en 23 estaciones distribuidas en todo el GP, para caracterizar las variaciones de temperatura, salinidad, oxígeno disuelto y concentración de clorofila. Resultados: En el primer período del año se encontró una temperatura mínima de superficie y fondo asociada a la surgencia causada por el viento. El aumento de salinidad estuvo asociado a la disminución en la temperatura, siendo su valor más alto en el primer período del año y disminuyendo hasta alcanzar un mínimo en Noviembre. Los valores más altos de clorofila estuvieron relacionados con las temperaturas más bajas en superficie y los valores más bajos de oxígeno con las temperaturas más bajas en fondo. Se caracterizó la hidrografía de Bahía Culebra en relación con la parte externa de GP. Conclusiones: La batimetría determina una asimetría sur-norte de salinidad y temperatura. Los eventos de enfriamiento subsuperficiales coinciden con períodos de fuertes vientos. La surgencia influye en la dinámica hidrográfica de superficie y fondo en GP y determina la variabilidad interanual. El evento La Niña de 2018 mostró el período de surgencia más fuerte, posiblemente promoviendo la interacción de las aguas costeras y el Domo Térmico de Costa Rica.

Análisis de eventos fríos y cálidos por medio de datos de buceo: un enfoque de ciencia ciudadana en el Golfo de Papagayo, Costa Rica

Introduction: In January 2011 and as a Citizen Science initiative, the owners of the Deep Blue Diving Shop in Playa del Coco, Guanacaste, Costa Rica, began to collect daily temperature data in the seawater column during their diving activities, to inform tourists before traveling to Costa Rica and help them properly select their diving equipment and thus maximize the enjoyment of the experience in the Gulf of Papagayo. This data collection remained constant until January 2020 due to the COVID-19 pandemic. Objective: Identify cold and warm events of the sub-surface temperature of the sea in the Gulf of Papagayo, Guanacaste, Costa Rica and their relationship with known sources of climate variability as El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and synoptic systems such as incursions of cold fronts in the Caribbean Sea. Methods: Sea Subsurface Temperature data corresponding to the lowest temperature of the seawater column were used, at an approximate depth of 25-35m. Observations were made daily, from 01/01/2011 to 01/31/2020. Results: The mean temperature was 25.7 °C. Cooler temperatures were observed in February-March, below 22.5 °C with a secondary minimum in July. There were two peaks in May and August with temperatures above 27.4 °C. The drops during cold events reached 16-17 °C. All cold events were associated with the passage of cold fronts through the Caribbean Sea, due to reinforcement in the intensity of the trade winds, with a zonal component from the East, which causes seasonal upwelling. The warm events presented temperatures at their maximum of 30-31 °C. The latter events were associated with the development and maturity of warm El Niño-type ENSO events. ENSO is an important modulator of sea temperature variability in the Gulf of Papagayo, since El Niño events are related to positive anomalies in sea temperature in the Eastern Tropical Pacific. Conclusions: The Citizen Science initiative presented in this study proved to be very useful for monitoring sea temperature in the Gulf of Papagayo. The results of this study indicate that Dive Masters can provide data on sea temperature of sufficient quality and with high temporal resolution. Divers can profitably support monitoring and Citizen Science can contribute positively to social well-being by influencing the questions that are being addressed and by giving people a voice in local environmental decision-making. The information generated in this study returns to the tour operators and enhance the understanding of the variability observed in the data collected by them, a knowledge that is later transmitted to their clients to improve their experience.

Introducción: En el año 2011 y como una iniciativa de Ciencia Ciudadana, los propietarios de la tienda Deep Blue Diving Shop en Playa del Coco, Guanacaste, Costa Rica, iniciaron a recolectar diariamente los datos de temperatura en la columna de agua de mar durante sus actividades de buceo, como respuesta a la necesidad de informar a los turistas antes de viajar a Costa Rica para la selección del equipo correcto de SCUBA y así maximizar su experiencia en el Golfo de Papagayo. Esta recolección de datos se mantuvo constante hasta enero de 2020 por la pandemia del COVID-19. Objetivo: Identificar eventos fríos y cálidos de la temperatura sub-superficial del mar en el Golfo de Papagayo, Guanacaste, Costa Rica y su relación con fuentes de variabilidad climática conocidas como El Niño-Oscilación del Sur (ENOS) y sistemas sinópticos como las incursiones de frentes fríos en el Mar Caribe. Métodos: Se utilizaron datos de Temperatura Subsuperficial del Mar correspondientes a la temperatura más baja de la columna del agua de mar, a una profundidad aproximada de 25-35 m. Las observaciones se realizaron con una frecuencia diaria del 01/01/2011 al 31/01/2020. Resultados: La iniciativa de Ciencia Ciudadana presentada en este estudio mostró ser muy útil para el monitoreo y caracterización de la temperatura del mar en el Golfo de Papagayo. La temperatura media fue de 25.7 °C. Se observaron temperaturas más frías en febrero-marzo, por debajo de 22.5 °C con un mínimo secundario en julio. Hubo dos máximos en mayo y agosto con temperaturas superiores a 27.4 °C. Los descensos durante los eventos fríos alcanzaros los 16-17 °C. Todos los eventos fríos estuvieron asociados al paso de frentes fríos por el Mar Caribe, debido a reforzamientos en intensidad del viento alisio, con componente zonal del este, que provoca surgencia estacional. Los eventos cálidos presentaron temperaturas en sus máximos de 30-31 °C. Los eventos cálidos estuvieron asociados al desarrollo y madurez de los eventos cálidos del ENOS tipo El Niño. El ENOS es un modulador importante de la variabilidad de la temperatura del mar en el Golfo de Papagayo, ya que los eventos El Niño están relacionados con anomalías positivas de la temperatura del mar en el Pacífico Tropical del Este. Conclusiones: La iniciativa de Ciencia Ciudadana presentada en este estudio resultó ser muy útil para monitorear la temperatura del mar en el Golfo de Papagayo. Los resultados de este estudio indican que los guías de buceo pueden aportar datos sobre la temperatura del mar de suficiente calidad y con alta resolución temporal. Los buzos pueden apoyar de manera rentable el monitoreo y la Ciencia Ciudadana puede contribuir positivamente al bienestar social al influir en las preguntas que se están abordando y al dar voz a las personas en la toma de decisiones ambientales locales. La información generada en este estudio regresa a los operadores de turismo y mejora la comprensión de la variabilidad observada en los datos recolectados por ellos, conocimiento que luego es transmitido a sus clientes para mejorar su experiencia.

Condición del arrecife coralino de Playa Blanca, Punta Gorda, uno de los arrecifes más extensos de la costa Pacífica de Costa Rica

Introducción: Los arrecifes coralinos son afectados negativamente por diferentes causas antropogénicas y ambientales en el Golfo de Papagayo. Objetivo: En esta investigación, la condición del arrecife coralino de Playa Blanca fue evaluado. Métodos: Entre agosto de 2010 y setiembre de 2011 el porcentaje de coral vivo por especie y del alga Caulerpa sertularoides fue determinado; el crecimiento anual de P. damicornis y P. elegans fue medido y relacionado con variables ambientales. Resultados: Se encontraron 14 especies de corales, dos de ellas, F. curvata y L. papyracea, únicamente como esqueletos. La zona con la mayor cobertura fue en la zona media de la playa. La especie con mayor CCV en todos los ámbitos de profundidad fue P. damicornis, seguido de P. elegans. La CCV descendió de 29 % en septiembre 2010 a 1 % en octubre 2010. La mortalidad masiva fue causada por una Floración Algal Nociva (FAN). La tasa de crecimiento de P. damicornis (26.0 ± 8.9 mm año-1) y de P. elegans (27.9 ± 4.5 mm año-1), no mostraron diferencias significativas entre profundidades ni por ubicación en el arrecife. Conclusiones: El exuberante arrecife de coral de Playa Blanca experimentó una regresión repentina de la CCV similar a las descritas por Glynn et al. (1983). Esto sugiere que ocurren ciclos de mortalidad y recuperación natural de los arrecifes de coral, aunque las presiones antropogénicas reducen la capacidad de resiliencia de estos. El ordenamiento espacial, tanto en tierra como en el mar, es vital para un adecuado desarrollo humano, en el que se incorpore en el análisis el aumento de la capacidad de recuperación de los ecosistemas coralinos.

Introduction: Coral reefs are negatively affected by different anthropogenic and environmental causes in the Gulf of Papagayo, Costa Rican Pacific coast. Objective: The health status of the Playa Blanca coral reef was evaluated. Methods: Between August 2010 and September 2011, the percentage of live coral cover (LCC) per species and of the macroalgae Caulerpa sertularoides was determined in four sectors and at three depths of the coral reef; the annual growth of Pocillopora damicornis and P. elegans was measured and related to temperature, nutrients, wind, sun irradiation and rain. Results: 14 species of corals were found, two of them, Fungia curvata and Leptoseris papyracea, only as skeletons. The area with the highest LCC was offshore in the middle zone of Playa Blanca. The species with the highest coverage in all depth ranges was P. damicornis, followed by P. elegans. The LCC decreased from 29% in September 2010 to 1% in October 2010 due to a mass coral mortality caused by harmful algal blooms. The growth rate of P. damicornis (26.0 ± 8.9 mm year-1) and P. elegans (27.9 ± 4.5 mm year-1) did not show significant differences between depths or location in the reef. Conclusions: The exuberant Playa Blanca coral reef experienced a sudden drop in LCC similar to those described by Glynn et al. (1983). This suggests that cycles of mortality and natural recovery of coral reefs occur, although anthropogenic pressures reduce the resilience capacity of the reefs. Spatial planning, both on land and in the sea, is vital for adequate human development, in which the increase in the resilience of coral ecosystems is incorporated into the analysis.

Impact of upwelling events on the sea water carbonate chemistry and dissolved oxygen concentration in the Gulf of Papagayo (Culebra Bay), Costa Rica: Implications for coral reefs / Impacto de los eventos de surgencia en la química del carbonato del agua de mar y la concentración de oxígeno disuelto en el Golfo de Papagayo (Bahía Culebra), Costa Rica: Implicaciones para los arrecifes de coral

The Gulf of Papagayo, Pacific coast of Costa Rica, is one of the three seasonal upwelling areas of Mesoamerica. In April 2009, a 29-hour experiment was carried out at the pier of the Marina Papagayo, Culebra Bay. We determined sea surface temperature (SST), dissolved oxygen concentration, salinity, pH, and the partial pressure of CO2 (pCO2). The aragonite saturation state (Ωa) as well as the other parameters of the marine carbonate system such as the total dissolved inorganic carbon (DIC) and the total alkalinity (TA) were calculated based on the measured pH and the pCO2. The entrainment of subsurface waters raised the pCO2 up to 645 µatm. SSTs, dissolved oxygen concentrations decreased form 26.4 to 23.7°C and from 228 to 144 µmol l-1. Ωa dropped down to values of 2.1. Although these changes are assumed to reduce the coral growth, the main reef building coral species within the region (Pocillopora spp. and Pavona clavus) reveal growth rates exceeding those measured at other sites in the eastern tropical Pacific. This implies that the negative impact of upwelling on coral growth might be overcompensated by an enhanced energy supply caused by the high density of food and nutrients and more favorable condition for coral growth during the non-upwelling season.

El Golfo de Papagayo, costa Pacífica de Costa Rica, es una de las tres regiones de afloramiento estacional de Mesoamérica. Las características físicas y químicas del agua que aflora no habían sido estudiadas. Durante 29 horas en Abril 2009, se estudiaron la temperatura superficial del mar (TSM), la concentración de oxígeno disuelto, salinidad, pH y la presión parcial de CO2 (pCO2), en la Marina Papagayo, Bahía Culebra. Con base en las mediciones de pH y pCO2 se calculó el estado de saturación de la aragonita (Ω) y otros parámetros del sistema de carbonatos como lo es el carbono orgánico disuelto (COD) y la alcalinidad total (AT). Los resultados indican que el arrastre por convección del agua sub-superficial durante los eventos de afloramiento aumenta la pCO2 y disminuye la TSM, la concentración de oxígeno disuelto y Ω. Aunque se asume que estas condiciones reducen el crecimiento coralino, las principales especies constructoras de arrecife en la región de Papagayo (Pocillopora spp. y Pavona clavus) tienen las mayores tasas de crecimiento en el Pacífico Tropical Oriental. Esto posiblemente implica que el efecto negativo del afloramiento es compensado por el crecimiento durante la época de no afloramiento.

Atmospheric forcing of cool subsurface water events in Bahía Culebra, Gulf of Papagayo, Costa Rica / Forzamiento atmosférico de eventos de agua fría subterránea en Bahía Culebra, Golfo de Papagayo, Costa Rica

Bahía Culebra, at Gulf of Papagayo on the north Pacific coast of Costa Rica, is an area of seasonal upwelling where more intense cooling events may occur during some boreal winter weeks mainly. To study these extreme cool events, records of nine sea subsurface temperature stations from 1998 to 2010 were analyzed. Five events associated with extremely cool temperatures in this region were identified from these records and taken as study cases. Sea temperatures decreased about 8-9ºC during these events and occurred while cold fronts were present in the Caribbean, with strong trade wind conditions over Central America. These strong wind conditions may have favored the offshore displacement of the sea surface water. The axis of Bahía Culebra runs northeastsouthwest, a condition that favors and triggers cool water events, mainly because the displaced water is replaced by water from deeper levels.

Bahía Culebra, localizada en el Golfo de Papagayo, al norte de la costa del Pacífico de Costa Rica, es un área de afloramiento estacional, en donde pueden ocurrir eventos de enfriamiento más intensos, principalmente durante algunas semanas del invierno boreal. Para estudiar estos eventos de enfriamiento extremo, se analizaron datos de nueve estaciones con registros de la temperatura subsuperficial del mar, desde 1998 hasta el 2010. A partir de estos registros, se identificaron cinco casos de estudio asociados a enfriamientos del mar en la región. Los descensos de la temperatura de estos eventos fueron de aproximadamente 8-9ºC y se asociaron al paso de empujes fríos en la región del Caribe y una fuerte magnitud del viento alisio sobre América Central. Este reforzamiento del flujo alisio favorece el desplazamiento del agua superficial hacia afuera de Bahía Culebra, cuyo eje principal se ubica en la dirección noreste-suroeste. Lo anterior favorece y provoca un enfriamiento de la temperatura del mar en la bahía, ya que el agua desplazada es reemplazada por aguas más frías provenientes de profundidades mayores.

Composición y distribución del mesozooplancton en una zona de afloramiento costero (Bahía Culebra, Costa Rica) durante La Niña 1999 y el 2000 / Composition and distribution of mesozooplankton in a coastal upwelling zone (Bahía Culebra, Costa Rica) during La Niña 1999 and 2000

We studied the annual patterns of composition, abundance and spacial-temporal distribution of mesozooplankton in the upwelling zone of Culebra Bay, north Pacific coast of Costa Rica, during the 1999 La Niña event and in 2000. The Bay showed a high variability in physical-chemical conditions during the study period in which 26 mesozooplankton groups (both meroplanktonic and holoplanktonic forms) were found. The copepods (2 358.53 ± 2 290.90ind/m³), ostracods (1 084.46 ± 1 850.20ind/m³) and invertebrate eggs (844.26 ± 7069.27ind/ m³) were the most abundant groups in Bahía Culebra. All mesozooplankton (0.2-2 mm) data showed high spatial-temporal variability although differences were not significant. Higher abundances were found during 1999, with the exception of appendicularians and crustacean larvae. Higher zooplankton abundances were observed during the dry season of both years. Stations close to the mouth show an oceanic influx of holoplanktonic forms, while inside the bay, the meroplanktonic forms were important. Mesozooplankton abundance and distribution were influenced by coastal upwelling pulses.

Se estudian los patrones anuales de la composición, abundancia y distribución espacial-temporal de mesozooplancton en la zona de afloramiento de Bahía Culebra, en la costa norte del Pacífico de Costa Rica. Bahía Culebra presenta una alta variabilidad en las condiciones físico-químicas y se encontraron 26 grupos de mesozooplancton (meroplanctónicas y holoplanctónicos). Los copépodos (2 358.53 ± 2 290.90ind./m³), ostrácodos (1 084.46 ± 1 850.20ind./m³) y huevos de invertebrados (844.26 ±7069.27ind./m³) fueron los grupos dominantes. Hubo mayores abundancias en 1999 que en el 2000, con la excepción de apendicularias y larvas de crustáceos. El zooplancton fue más abundante en la época seca de ambos años. Las estaciones de la boca muestran un flujo oceánico de formas holoplanctónicos, mientras que el interior de la bahía meroplanctónicas fueron importantes las formas. La abundancia y distribución del mesozooplancton parecen reflejar los pulsos de surgencia costera.