Decomposing acoustic signal reveals the pelagic response to a frontal system

• Published in: Journal of Marine Systems
• Main Authors: Izard, Lloyd, Fonvieille, N., Merland, C., Koubbi, Philippe, Nerini, D., Habasque, Jérémie, Lebourges-Dhaussy, Anne, Lo Monaco, Claire, Roudaut, Gildas, d'Ovidio, Francesco, Charrassin, Jean-Benoit, Cotté, Cédric
• Other Authors: Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Institut Polytechnique de Paris (IP Paris)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Institut méditerranéen d'océanologie (MIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université - Faculté des Sciences et ingénierie - UFR Terre, Environnement, Biodiversité (UFR TEB), Sorbonne Université (SU), Laboratoire Ressources Halieutiques de Boulogne (LRHBL), Unité Halieutique Manche Mer du Nord (HMMN), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER), Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin (LEMAR) (LEMAR), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Brest (UBO)-Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cycles biogéochimiques marins : processus et perturbations (CYBIOM)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2024
• Subjects: [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography; Southern Ocean
• Online Access: https://hal.univ-brest.fr/hal-04516163; https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2023.103951

International audience The pelagic zone is home to a large diversity of organisms such as macrozooplankton and micronekton (MM), connecting the surface productive waters to the mesopelagic layers (200-1000 m) through diel vertical migrations (DVM). Active acoustics complement net sampling observations by detecting sound-scattering layers (SL) of organisms, allowing to monitor the MM dynamics with a high spatio-temporal resolution. Multifrequency analyses are a pertinent approach to better integrate the rich diversity of organisms composing SLs and their respective dynamics. However, analysing simultaneously emitted acoustic signals with distinct depth ranges and separating spatial from temporal variability is challenging and needs adapted tools to be fully exploited. This study examines the pelagic realm in a transition zone between the Southern Ocean and the subtropical Indian Ocean, crossing the Saint-Paul and Amsterdam islands' natural reserve. We extended a Multivariate Functional Principal Component Analysis (mfPCA) to analyse the joint vertical variation of five frequencies from two oceanographic cruises (2016 and 2022), allowing the decomposition of the acoustic dataset into orthogonal vertical modes (VM) of variability. We found the first VM to be linked to the temporal variability due to DVM, while the following majorly depict patterns in spatial distribution. Overall, from the subantarctic to the subtropical zones, we observed (i) enrichment of densities in the surface layer (0-100 m), (ii) a decrease in densities in the intermediate layer during the daytime (100-300 m) and (iii) the apparition of an intensive deep scattering layer on the 38 kHz. We explored VMs' connection with in -situ environmental conditions by clustering our observations into three distinct environmental-acoustic regions. These regions were compared with vertically integrated nautical area scattering coefficient distribution, a proxy for marine organisms' biomass. Additionally, we analysed species assemblage changes from ...