Forcing of cool and warm subsurface water events in Bahía Salinas, Costa Rica

Introduction: Bahía Salinas, on the north Pacific coast of Costa Rica, is a seasonal upwelling area. Sea temperature in Bahía Salinas could be modulated by synoptic and other large-scale systems. This region belongs to the Central American Dry Corridor (CADC), a sub-region in the isthmus that is relatively drier than the rest of the territory, which extends along the Pacific littoral from western Guatemala through northern Costa Rica. Objective: To study the warm and cold events that could be inferred by studying the sea subsurface temperature in Bahía Salinas, and also analyzing the large-scale conditions and synoptic systems of the historical sources when they occurred in order to identify the atmospheric mechanisms that favored their appearance. Methods: A Sea Subsurface Temperature Index was calculated using hourly data from seven stations located at three different points in Bahía Salinas. Records range from June 19, 2003 to December 5, 2017. Additionally, six meteorological stations, with hourly wind records, were used to create two wind indices. The Sea Subsurface Temperature Index was used to identify the warmest and coldest events in the bay. Wind indices and monthly meteorological bulletins were used to analyze the large-scale conditions and synoptic systems in which cold and warm events occurred in Bahía Salinas. Results: Mean sea temperature in Bahía Salinas is 25.2°C. Colder temperatures were observed in February-March, below 21°C. There were two maxima in May-June and August-October with temperatures above 27°C. In four of the five cold events studied, Northeasterly wind anomalies were observed in the Costa Rican North Pacific, associated with trade wind reinforcements; meanwhile westerly anomalies were observed in all the warm events, associated with weaker trade wind conditions. Conclusions: The main seasonal climate driver in Bahía Salinas is the North Atlantic Subtropical High because its latitudinal migration is associated with the strength of the trade winds over Central America. Seasonal upwelling is modulated also by two synoptic scale climate features, the boreal winter arrival of cold front outbreaks and the winter maximum of the easterly Caribbean Low-Level Jet. El Niño-Southern Oscillation is also an important modulator of the sea temperature variability, since warm and cool events are related with positive and negative sea temperature anomalies.

Introducción: Bahía Salinas, en el Pacífico norte de Costa Rica, es un área de afloramiento estacional. La temperatura del mar en Bahía Salinas puede ser modulada por sistemas sinópticos de gran escala. Esta región pertenece al Corredor Seco Centroamericano (CSC), una subregión del istmo relativamente más seca que el resto del territorio, que se extiende a lo largo del litoral Pacífico desde el oeste de Guatemala hasta el norte de Costa Rica. Objetivo: Estudiar los eventos cálidos y fríos que se podrían inferir al estudiar la temperatura subsuperficial del mar en Bahía Salinas, y también analizar las condiciones y sistemas sinópticos a gran escala de las fuentes históricas en las que ocurrieron para identificar los mecanismos atmosféricos que favorecieron su desarrollo. Métodos: Se calculó un índice de temperatura subsuperficial del mar utilizando datos horarios de siete estaciones ubicadas en tres puntos diferentes en Bahía Salinas. Los registros van desde el 19 de junio de 2003 al 5 de diciembre de 2017. Además, se utilizaron seis estaciones meteorológicas, con registros de viento horario, para crear un índice de viento zonal y otro meridional. Se utilizó el índice de temperatura subsuperficial del mar para identificar los eventos más cálidos y más fríos en la bahía. Se utilizaron los índices de viento y boletines meteorológicos mensuales para analizar las condiciones y sistemas sinópticos a gran escala en los que se dieron los eventos fríos y cálidos en Bahía Salinas. Resultados: La temperatura media del mar en Bahía Salinas es de 25.2 °C. Se observaron temperaturas más frías en febrero-marzo, por debajo de los 21 °C. El ciclo anual presentó dos máximos en mayo-junio y agosto-octubre con temperaturas superiores a 27 °C. En cuatro de los cinco eventos fríos estudiados, se observaron anomalías de los vientos del noreste en el Pacífico Norte costarricense, asociadas a refuerzos de los vientos alisios; mientras tanto, se observaron anomalías del oeste en todos los eventos cálidos, asociadas con condiciones de vientos alisios más débiles. Conclusiones: El principal forzante climático en Bahía Salinas es la Alta Subtropical del Atlántico Norte ya que su migración latitudinal está asociada con la fuerza de los vientos alisios sobre América Central. La surgencia estacional está modulada también por dos características climáticas de escala sinóptica en el invierno boreal, la llegada de frentes fríos y el máximo de la Corriente en Chorro de Bajo Nivel del Caribe Oriental. El Niño-Oscilación del Sur también es un modulador importante de la variabilidad de la temperatura del mar, ya que los eventos cálidos y fríos están relacionados con anomalías positivas y negativas de la temperatura del mar.

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.