EXEBUS: Ecological and Economic Impacts of the intensification of extreme events in the Benguela Upwelling System

Benguela oppstrømnings-systemet (BUS) langs kysten av Sør-Afrika, Namibia og Angola er ett av Jordas fire store oppstrømnings-systemer ved østkysten av verdenshavene. BUS-systemet er avgrenset av varmt tropisk vann fra Angola-Benguela-frontsonen i nord og av Agulhas-strømmen i sør. EXEBUS-prosjektet har som mål å forstå driverne bak endringer i BUS, og deres bidrag til den endrede variabiliteten i systemet, med spesiell vekt på ekstrembegivenheter. Havforskningsinstituttet og University of Cape Town (UTC) leder sammen arbeidspakke nr 1 i EXEBUS – «Basisnivå og variabilitet av BUS». Tidlig i 2023 døde dessverre en av lederne av denne arbeidspakken, professor Mathieu Rouault ved Universitetet i Cape Town. Som følge av dette overtok Havforskningsinstituttet veiledningen av de av studentene til professor Rouault som arbeidet med EXEBUS-relaterte studier, og har bidratt til deres framdrift. Den første studien av den igangværende oppvarmingen langs den angolanske og namibiske kysten viste en klar langsiktig tendens til oppvarming i angolanske kystfarvann gjennom sommeren (november-januar) og høsten (mars-mai), sammen med en intensifisering av en sesongbetont strøm i retning sørover i Angolastrømmen. I kontrast til dette, var den langsiktige tendensen til oppvarming som ble observert i modellerte overflatetemperaturer (SST) gjennom vinteren (juni-august) signifikant svakere. Den andre studien fokuserte på lave saltinntrengninger som fulgte de to mest ekstreme marine hetebølgene (MHW) de tre siste tiårene, de såkalte «Benguela Niños i 1995 og 2011. Denne studien viste en slående forskjell ved disse saltinntrengningene, en sterk en i 1995 og en svakere en i 2011. Den identifiserte to uavhengige mekanismer som årsak til denne forskjellen: Styrken i CTW- (Coastally Trapped Waves) bølger i kystsonen som driver inntrengningsprosessen, og styrken i Kongo-elvas flom i forkant av CTW-begivenheter, som regulerer volumet av vann med lav salinitet som blir transportert av disse begivenhetene. Den tredje studien fokuserte på utviklingen av MHW på Agulhasbanken, en region som har stor sosioøkonomisk betydning for Sør-Afrika. Målet var å kartlegge områdets ekstreme overflatetemperatur-begivenheter (SST). Fire distinkte regioner, hver karakterisert av ulik langsiktig variabilitet, ble identifisert. Funnene viste en signifikant høyere frekvens av marine MHW gjennom sommermånedene (november-januar) sammenliknet med vintermånedene (juni-august). Studien identifiserte ulike drivere bak disse begivenhetene ved ulike årstider: atmosfæriske krefter gjennom sommeren, og adveksjon assosiert med meandere og eddies i Agulhas-strømmen gjennom vinteren. I tillegg til å bidra på UCTs EXEBUS-arbeid fortsatte Havforskningsinstituttet gjennom 2023 i et samarbeid med Angolan Institute of Fisheries arbeidet med å evaluere virkningene av MHWs på tilgjengeligheten av sardinella – en liten pelagisk fisk som er svært viktig for matsikkerheten til kystbefolkningen i Angola. En reanalyse av akustiske undersøkelser fra 1994-2023 ble utført, der nyutviklede algoritmer ble brukt for å undersøke utvikling av fordelingen av sardinella både på arter og aldersgrupper. To sardinella-arter dominerer angolanske farvann: Sardinella maderensis og Sardinella aurita. Resultatene viste lav respons for S. madereinsis på klimatisk variabilitet. I motsetning til dette viste S. aurita sterk respons på dekadiske svingninger i oppstrømming-tilstander. Den angolanske oppstrømningen er uavhengig av vind, og drevet fram sesongbetont av bølger (CTW) fra ekvator. Gjennom tiåret 2004-2014 var denne oppstrømningen karakterisert av stabil temperatur i området 21-22ºC. De nye oseanografiske studiene kobler denne stabile temperaturen og den høye produktiviteten på kysten til den vertikale miksingen som induseres av bryting av baroklinisk tidevann og langdistanse-bølger. Vår undersøkelse avdekket en generell samlokalisering av aggregerende sardinella og soner med økt blanding langs kysten, og identifiserte disse sonene som de viktigste oppvekstområdene for tidlige livsstadier og matsikkerhet for sardinella på rekrutteringsstadiene gjennom 6-8 måneder av deres livssyklus. Fra disse observasjonene kunne vi konkludere at i perioden 2004-2014 opprettholdt den angolanske oppstrømningssesongen et gunstig miljø for S. aurita´s formering og overlevelse gjennom tidlige livsstadier, gjennom 6-8 måneder av deres liv. DE gunstige forholdene tereminerte i 2016 med en intensivering av MHW-er, som ikke har vært observert tidligere. Spesielt alvorlige MHW-episoder assosiert med atlantiske Niños inntraff i angolanske farvann gjennom oppstrømningssesongene i 2020 og 2021. De mest nylige fiskeridataene, som var utilgjengelig før 2023, påviste en kollaps av S. aurita i angolanske farvann, noe som er i samsvar med våre prediksjoner, utledet av satelittdata som bruker de konseptuelle modellene som relaterer fysiske prosesser til gunstige rekrutteringshabitater for små pelagiske fiskearter.

The Benguela Upwelling System (BUS) of South Africa, Namibia, and Angola is one four Eastern Boundary Upwelling Systems globally. It is bordered with warm tropical water of the Angola Benguela Front Zone in the north and by the Agulhas Current in the south. Changes in the coupled atmosphere-marine climate, natural or anthropogenic, both within the BUS and beyond, affect ecological and socio-economic important sub-systems, potentially affecting millions of people—residents of the coastline and those who derive their livelihoods and resources from the BUS.Our aim in the EXEBUS project is to understand the drivers of change in the BUS and its contribution to the changing variability of the system, with an emphasis on extreme events. Given that both natural- and human-induced changes to the functioning of the BUS occur at a range of time and space scales (and are also interdependent), we seek to understand the changing envelope of variability, extremes of this variability, and their impact. EXEBUS undertakes an Integrated Ecosystem Assessment (IEA) to establish the roles, trends, and range of variability and the extremities of natural and anthropogenic geophysical, biological, governance, socio- economic features and phenomena, and assess their impact on ecological, sociological, governance, and macroeconomic systems and processes in the BCLME. The goal is to strengthen the rational basis for management on relevant spatial and temporal scales.The work is undertaken by transdisciplinary consortium of international researchers, practitioners, and representatives of the private sector and civil society proposed here brings unique and complementary perspectives for both understanding the changes in this dynamic system, applying, and communicating the importance of these findings. This will enable the development of an Ecosystem Based Management framework for application in the region.