Bases de Datos

La generación de la base de datos de la reconstrucción histórica del estado atmosférico se planteó como parte fundamental del Subproyecto 3.3: “Modelación numérica regional de la atmósfera sobre el Golfo de México” de la Línea de Acción 3 del CIGoM. Las tareas realizadas en este subproyecto parten de considerar la importancia de entender mejor el funcionamiento del GoM desde la perspectiva de las condiciones meteorológicas que lo afectan, dado que éstas determinan en gran medida las características oceánicas del golfo a través de procesos como el esfuerzo del viento sobre la superficie y los intercambios de calor y vapor de agua entre el océano y la atmósfera.

La información contenida en esta base de datos fue obtenida mediante simulaciones numéricas de la atmósfera generadas con el modelo de mesoescala Weather Research & Forecasting (WRF). Esta información constituye una reconstrucción histórica (o reanálisis) de las condiciones meteorológicas sobre el GoM para un período de 39 años (1979-2017). El reanálisis generado proporciona información horaria completa de distintas variables meteorológicas en una malla regular sobre la región de estudio. Cabe mencionar que, actualmente, los modelos numéricos de la circulación atmosférica y del océano son una herramienta fundamental para tomadores de decisiones, encargados de protección civil y grupos de investigación académica, entre otros.

Uno de los objetivos principales de la Línea de Acción 2, “Línea Base y Monitoreo Ambiental”, fue la creación de una base de datos con variables oceanográficas, biogeochemical, biológicas y ecológicas que sea integrativa, comparable, accesible y validada. En conjunto, la base de datos representa la línea base de las condiciones hidrográficas, biogeoquímicas y ecológicas que documentan las características ambientales de las aguas y fondo marino de la Zona Económica Exclusiva mexicana del golfo de México. Dado que abarca únicamente los resultados de muestreos hechos dentro del contexto del proyecto SENER-CONACYT Fondo de Hidrocarburos (2015-2019), refleja el estado del ecosistema durante ese período de tiempo. Los resultados de este esfuerzo sin precedente en la historia de las ciencias marinas en México representan una caracterización detallada e interdisciplinaria del golfo. Refleja un acervo de conocimiento con el potencial de contribuir al entendimiento del ecosistema a partir de una aproximación integral y con una gran cobertura espacial. Así mismo, permite evaluar impactos sobre el ecosistema en caso de disturbios naturales como tormentas tropicales o huracanes, o de disturbios antropogénicos como derrames de petróleo, la acidificación de los océanos, u otros efectos del cambio climático.

La base de datos refleja el análisis de más 85,000 muestras recolectadas durante 19 cruceros oceanográficos centrados en la zona de aguas profundas y la plataforma de Yucatán, y 12 monitoreos de pastos marinos hechos en las costas de Campeche y Yucatán. Contiene un amplio espectro de variables, que incluyen: mediciones de las concentraciones de gases disueltos, metales, hidrocarburos, clorofila-a y pigmentos fotosintéticos, y composiciones isotópicas de diferentes componentes orgánicos e inorgánicos. También incluye información sobre comunidades biológicas, incluyendo bacterias, hongos, fitoplancton, zooplancton, ictioplancton, infauna, invertebrados y peces demersales. Además, contiene datos obtenidos a través de análisis químicos, moleculares y fisiológicos de organismos asociados al fondo marino y mediciones in situ con sensores y equipo especializado que permite la caracterización hidrográfica.

La base de datos de referencia ante eventos de nortes y ciclones tropicales se generó como parte del Subproyecto 3 “Modelación numérica regional de la atmósfera sobre el Golfo de México” de la Línea de acción 3 del CIGoM. Esta base de datos fue concebida con el propósito de subsanar el déficit de información meteorológica histórica que existe en México. Por ello, su objetivo es almacenar, de manera lógica y estructurada, la información de estos fenómenos meteorológicos que año con año ocurren en el golfo de México y que pueden provocar daños severos en las zonas afectadas.

Esta base de datos está conformada por las características de los eventos de norte y los ciclones tropicales ocurridos en el periodo comprendido de 1979 a 2017. Los conjuntos de datos incluyen estadísticas de intensidad, frecuencia de incidencia y zonas de ocurrencia, además de zonas de génesis y trayectorias en el caso de ciclones.

Base de datos de corrientes superficiales y oleaje del Golfo de México

La información contenida en esta base de datos forma parte de un producto generado en el marco del subproyecto 4, “Modelo acoplado oleaje-corrientes e impacto en la dispersión de hidrocarburos”, de la línea de acción 3 del CIGoM. El objetivo principal del subproyecto es evaluar la importancia relativa de los términos asociados a la interacción olas-corrientes en la dinámica de la capa superficial del océano a través del acoplamiento de un modelo avanzado de oleaje y un modelo tridimensional de corrientes. La evaluación de estos efectos ante condiciones atmosféricas promedio y durante eventos extremos requirió la simulación histórica de las condiciones dinámicas en el golfo de México.

El conjunto de datos que conforma esta base de datos representa un subconjunto de los resultados numéricos obtenidos a partir de la ejecución de los modelos hidrodinámicos (olas y corrientes) en modo desacoplado. Este subconjunto incluye los datos de corriente superficial y oleaje con una resolución temporal de 3 y una hora, respectivamente, y con una resolución espacial aproximada de 5 km además de estadísticas y climatología de los datos del periodo de 1990 al 2010.

Base de datos de corrientes superficiales del Noroeste del Golfo de México

La base de datos de Corrientes superficiales del Noroeste del Golfo de México se generó como parte del subproyecto “Caracterización de las corrientes costeras y su influencia en la trayectoria de derrames de petróleo” desarrollado por el Grupo de Procesos Litorales de la UABC, como parte de la Línea de acción 5 “ del CIGoM. Este subproyecto está enfocado en determinar la influencia de las corrientes tanto en la trayectoria de derrames en aguas profundas de la región de Perdido como en la probabilidad de arribo de hidrocarburos a la costa del noroeste del golfo de México. La información contenida en esta base de datos fue utilizada para caracterizar la dinámica oceánica del noroeste del golfo de México y para determinar las trayectorias y la probabilidad de arribo a la costa de derrames de petróleo ocurridos en aguas profundas.

La información contenida en esta base de datos fue obtenida a través simulaciones numéricas de las corrientes en el noroeste del golfo de México. Las simulaciones se realizaron con el modelo Regional Ocean Model System (ROMS) en la región comprendida entre los 23o y 29.9oN y los 92o y 97.8ºO. Los base de datos está conformada por datos diarios de corrientes superficiales del periodo 1996 a 2016, además de estadísticas y climatologías de las corrientes con temporalidades diarias, mensuales y anuales.

Esta base de datos, que describe el potencial metabólico de metagenomas del golfo de México, es una parte fundamental del Subproyecto “Búsqueda dirigida de genes que codifiquen para enzimas con actividades degradadoras de hidrocarburos a partir de la información de los metagenomas” de la Línea de Acción 4 del CIGoM. Las tareas realizadas en este subproyecto parten de considerar la importancia de entender mejor el funcionamiento del golfo de México desde la perspectiva de la ecología microbiana y el papel de los microorganismos y sus metabolismos en la degradación de hidrocarburos del petróleo.

La base de datos contiene la descripción de los metabolismos bacterianos encontrados con la técnica del shotgun en 8 metagenomas de muestras ambientales de agua y sedimento colectadas en el golfo de México. El resultado de la secuenciación fue analizado con herramientas bioinformáticas, con el objetivo de identificar genes que codifican para enzimas del metabolismo microbiano. La información contenida incluye el perfil metabólico de cada muestra y dos asignaciones: una, denominada tasa, que describe la abundancia de cada enzima encontrada y la segunda que es un puntaje estadístico que muestra la significancia de la observación de cada enzima en comparación con observaciones en otros mares del mundo. Además de un catálogo de enzimas, experimentalmente caracterizadas, de bacterias marinas que participan en la degradación de hidrocarburos. Cabe destacar que hasta antes de este trabajo, no existía un catálogo de bacterias o enzimas que permitiera evaluar de manera extensiva la existencia de bacterias con la capacidad de degradar hidrocarburos en el golfo de México.

Esta base de datos contiene imágenes e información de variables oceanográficas y meteorológicas del golfo de México, obtenida a través de sensores remotos en satélites y aviones. La información que contiene proviene de dos tipos de sensores diferentes: sensores de teledetección pasiva, que detectan señales del espectro electromagnético, en intervalos de frecuencia correspondientes a la luz visible y al infrarrojo, y sensores de teledetección activa que emiten radiación electromagnética hacia la superficie del océano, en la banda de frecuencias de las microondas, y forman imágenes a partir de la intensidad y la fase de la señal reflejada.

Teledetección pasiva

Para cumplir con los compromisos del subproyecto 5 de la Línea de Acción 1 del CIGoM se creó, la Unidad especializada en percepción remota denominada PERSEO. Actualmente PERSEO forma parte del Centro Nayarita de Innovación y Transferencia de Tecnología, A.C., de la Universidad Autónoma de Nayarit. PERSEO se ha enfocado en la automatización del pre-procesado de información derivada de varias plataformas satelitales enfocadas principalmente en oceanografía satelital. El objetivo principal es crear una base de datos de concentraciones clorofila (Chlor) y de temperatura superficial del mar (SST), provenientes del monitoreo oceanográfico continuo a través de sensores en satélites, con alta resolución espacio-temporal para su análisis y visualización que nos permitan evaluar las variaciones de las comunidades fitoplanctónicas del golfo de México.

La base de datos consiste en mosaicos diarios de Chlor y de SST con resolución espacial de 1 km, del periodo de enero 2003 a marzo de 2020. Además de productos derivados, compuestos mensuales, climatología y anomalías de Chlor y SST. El poner estos datos disponibles para la comunidad académica brinda una oportunidad para mejorar la interpretación de los diversos procesos biogeoquímicos que ocurren en el golfo de México.

Teledetección activa

Este conjunto de datos forma parte de los compromisos del subproyecto 5 de la Línea de Acción 1 del CIGoM. Fue creado por el grupo TARSO para contribuir a los objetivos específicos del subproyecto. En este sentido, el compromiso del grupo TARSO con la base de datos es aportar imágenes de radar de apertura sintética (SAR, por sus siglas en inglés) adquiridas desde satélites y aviones con periodicidad variable, así como campos de rapidez y dirección del viento, y de algunos parámetros del oleaje, calculados a partir de ellas.

La base de datos está conformada por 400 imágenes SAR. Las imágenes son productos adquiridos por los radares emplazados abordo de los satélites Envisat, Sentinel-1A y -1B de la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés), y TerraSAR-X / TanDEM-X del Centro Aeroespacial Alemán (DLR, por sus siglas en alemán). Forman parte también, imágenes adquiridas sobre la costa sur de Texas, EE. UU., durante una campaña aérea realizada en mayo de 2017, en colaboración con colegas del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad de Washington (APL-UW). Las características (cobertura, resolución espacial, periodicidad, etc.) de estos productos varían de acuerdo con el desarrollo tecnológico del sensor, con la altitud y la velocidad del vehículo que lo transporta y con el modo de adquisición correspondiente. Las imágenes más pequeñas incluidas en la base de datos cubren un área de 1,500 km2 (30 × 50 km), mientras que las de mayor cobertura, alcanzan los 62,500 km2 (250 × 250 km). La resolución espacial oscila entre 3 y 20 m, por lado de pixel, para los diferentes productos incluidos. Además incluye información del campo de oleaje y de la velocidad del viento a 10 m de altitud derivada de las imágenes SAR.

Como parte de los compromisos del subproyecto 2 de la Línea de Acción 1 del CIGoM, se llevó a cabo el diseño, construcción e instalación de una red de anclajes instrumentados para medir corrientes y temperaturas en los canales de Yucatán y Florida. Estos anclajes cubren dos secciones verticales que abarcan todas las entradas y salidas significativas, de aguas en el golfo de México. Durante la vigencia del proyecto se realizaron tres campañas de instalación. con lo que se contará con una cobertura temporal de más de cinco años de datos continuos.

La base de datos contendrá la información recabada de 2015 a 2019 con un arreglo de anclajes instalados en los estrechos de Florida y Yucatán. Contiene información de perfiles de temperatura, salinidad y velocidad de la corriente, generados con distintos tipos de instrumentos, entre los que se encuentran: perfiladores acústicos por efecto Doppler (ADCPs), correntómetros puntuales, microCATs, sensores de presión, termistores y CTD.

Esta base de datos contiene información sobre la respuesta transcriptómica de la glándula digestiva y gónada del ostión (Crassostrea virginica) ante una exposición a diferentes concentraciones de una mezcla de hidrocarburos ligero y superligero. El análisis bioinformático incluye, inspección de calidad y limpieza de las secuencias y ensamble de novo del transcriptoma, seguido de la eliminación de andamios pobremente ensamblados para análisis subsecuentes. Posteriormente se realizó la estimación de la abundancia de los transcritos (generación de matriz de conteos) y anotación de los mismos con distintas bases de datos de genes. Para análisis cascada abajo se retuvieron transcritos con abundancia normalizada mayor a una unidad cuantitativa y frecuencia igual o mayor a dos muestras y transcritos que presentaron anotación con la base de datos de genes uniprot. El análisis de expresión diferencial se complementa con el de enriquecimiento ontológico para presentar un catálogo de genes anotados asociados a la respuesta a hidrocarburos en adición a un catálogo de procesos biológicos, funciones y componentes celulares asociados a los genes identificados.

La aplicación web es un punto de acceso interactivo a la base de datos que permite la visualización de procesos biológicos y rutas enzimáticas asociadas al metabolismo de contaminantes (xenobióticos), estrés oxidativo, respuesta inmune y metabolismo energético.