Arctic Ocean contributes to the global oceanic uptake of CO2 by about 5% to 14% in taking up from 66 to 199 TgC yr-1. However, the role of the marine cryosphere was ignored because it is considered as an impermeable barrier, impeding the gas exchanges between the ocean and the atmosphere [Bates and Mathis, 2009]. However, a growing body of evidence suggests that gases exchange could occur between sea ice and the atmosphere. In this context, two Arctic surveys were carried out in the framework of the International Polar Year (IPY). From there, we present a snapshot of the partial pressure of CO2 (pCO2) dynamics firstly during the initial sea ice growth and secondly from early spring to the beginning of the summer. We confirmed previous laboratory measurement findings that growing young sea ice acts as a source of CO2 to the atmosphere by measuring CO2 efflux from the ice (4 to 10 mmol m-2 d-1). We also confirmed the precipitation of calcium carbonate as ikaite in the frost flowers and throughout the ice and its negligible role on the effluxes of CO2. In early spring, supersaturations in CO2 (up to 1834 µatm) were observed in sea ice as consequence of concentration of solutes in brines, CaCO3 precipitation and microbial respiration. As the summer draw near, brine shifts to a marked undersaturation (down to almost 0 µatm) because of the brine dilution by ice meltwater, dissolution of CaCO3 and photosynthesis during the sympagic algal bloom. Out of the winter, soon as the ice becomes permeable, CO2 fluxes were observed: (i) from the ice to the atmosphere, as the brine were supersaturated, (ii) from the atmosphere to the ice, as brine shift to an undersaturation. Temperature appears to be the main driver of the pCO2 dynamics within sea ice. It mainly controls the saturation state of the brine (where others processes may be added, e.g., CaCO3 precipitation, primary production) and thus, the concentration gradient of CO2 between sea ice and the atmosphere. It also controls the brine volume and so the brine connectivity, allowing the gas exchanges between sea ice and the atmosphere. We also present a new analytical method to measure the pCO2 of the bulk sea ice. This method, based on equilibration between an ice sample and a standard gas, was successfully applied on both artificial and natural sea ice. However, this method is only applicable for permeable sea ice (i.e., brine volume > 5% [Golden et al., 1998; 2007]) to allow the equilibration between the ice and the standard gas.

Este trabalho buscou avaliar o comportamento dos fluxos de CO2, simulados pelo modelo de superfície SiB2, a partir da adoção dos dados de reanálise CFSR-NCEP como condições de contorno atmosféricas. Para a validação dos resultados obtidos utilizou-se uma análise estatística, através de um coeficiente de ajuste, o qual foi embasado nos parâmetros simulados em comparação aos dados observados, sendo estes obtidos pela torre micrometeorológica sitiada na área de cultivo. O estudo foi aplicado ao sítio experimental de soja localizado em Cruz Alta (-28,6036; -53,6736) no Rio Grande do sul e o período adotado compreendeu os anos de 2008 e 2009. Inicialmente foi necessário realizar a calibração de alguns parâmetros presentes nas sub-rotinas (módulos) do modelo. Para tanto, foi adotada uma metodologia em que os parâmetros foram calibrados conforme os módulos sequenciais, respeitando a seguinte ordem: aerodinâmico, transferência radiativa, difusão hidráulica do solo e fotossíntese e condutância estomática. A calibração do módulo aerodinâmico foi aplicada aos parâmetros referentes à altura do dossel, fração de cobertura vegetal e distribuição do ângulo foliar. No módulo de transferência radiativa, foi calibrado o parâmetro de reflectância da folha viva no visível. A calibração dos parâmetros referentes ao módulo de difusão hidráulica do solo foi realizada na porosidade do solo, profundidade individual das camadas e expoente de umidade. No módulo de fotossíntese e condutância estomática os parâmetros testados foram índice de área foliar, condutância estomática mínima e temperatura crítica para a respiração foliar. A calibração destes parâmetros permitiu que se obtivesse uma substancial melhoria na simulação dos fluxos de CO2 pelo modelo, obtendo-se um ganho expressivo na qualidade da simulação. Esta etapa constitui fundamental importância, uma vez que permitiu que a adoção dos dados de reanálise fosse efetuada no modelo adequado à área de estudo. No que tange a etapa final desta pesquisa, destaca-se que os dados do CFSR foram utilizados como condição de contorno atmosférica. Estas condições são necessárias à inicialização do modelo e originalmente utilizam-se as variáveis meteorológicas obtidas a partir da estação do INMET. Foram adotadas as variáveis referentes à temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar, precipitação, radiação de onda curta incidente e velocidade do vento, utilizadas para descrever o estado físico da atmosfera nas novas simulações dos fluxos de CO2, as quais foram comparadas aos dados observados da torre. A partir dos resultados obtidos, presumiu-se que a utilização dos dados de reanálise CFSR-NCEP pode ser considerada aceitável na aplicação de estudos dos fluxos de CO2 a partir do modelo SiB2, ressaltando-se que a calibração do referido modelo à área de estudo é de grande importância para sua adequação e obtenção de resultados mais satisfatórios. / The present work aimed to evaluate the behavior of CO2 fluxes, run by the Simple Biosphere Model (SiB2), by adopting CFSR-NCEP data reanalyzed as an atmospheric boundary condition. A statistical analysis was used in order to validate the results obtained using a coefficient for the adjusted model based on the simulation parameters when compared to the data observed in field, which was obtained by the micrometeorological tower located on the cultivation areas. The study was applied in a soybean experimental site located in Cruz Alta (-28,6036; -53,6736), in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil between 2008 and 2009. Some of the parameters presented in the subroutines of the model had to be adjusted first. For such, a methodology in which the parameters were calibrated in sequential modules was applied according to the following order: aerodynamics, radiative transfer, hydraulic diffusion of the soil and photosynthesis and stomatal conductance. In the aerodynamics module, the calibration was made using the parameters for the canopy height, vegetation coverage and leaf-angle distribution. For the radiative transfer, the calibration used the parameters for the live leaf transmittance visible reflectance. The calibration for the hydraulic diffusion of the soil was accomplished in the soil porosity, depth of individual layers and humidity exponent. For the photosynthesis and stomatal conductance, the parameters tested were the leaf area index, minimum stomatal conductance and leaf respiration critical temperature. It could thus be possible to obtain a considerable improvement for the simulation of the CO2 fluxes in this model for a high-quality simulation. That stage was significantly important since it enabled the reanalysis data to be set in the best model for the studied area. Regarding the final stage of this study, data from the CFSR were used as the atmospheric boundary condition instead of originally applied meteorological variables from the INMET station. Variables concerning air temperature, air pressure at sea level, precipitation, incident short-wave radiation and wind speed were used in order to describe the physical condition of the atmosphere in new simulations with CO2 fluxes, and then compared to the data observed in the micrometeorological tower. From the results, using the CFSR-NCEP reanalysis data can be considered acceptable for studies on CO2 fluxes from the SiB2 model. Yet, calibrating this model for the studied area is a key factor for its suitability and for obtaining adequate results.

Este trabalho buscou avaliar o comportamento dos fluxos de CO2, simulados pelo modelo de superfície SiB2, a partir da adoção dos dados de reanálise CFSR-NCEP como condições de contorno atmosféricas. Para a validação dos resultados obtidos utilizou-se uma análise estatística, através de um coeficiente de ajuste, o qual foi embasado nos parâmetros simulados em comparação aos dados observados, sendo estes obtidos pela torre micrometeorológica sitiada na área de cultivo. O estudo foi aplicado ao sítio experimental de soja localizado em Cruz Alta (-28,6036; -53,6736) no Rio Grande do sul e o período adotado compreendeu os anos de 2008 e 2009. Inicialmente foi necessário realizar a calibração de alguns parâmetros presentes nas sub-rotinas (módulos) do modelo. Para tanto, foi adotada uma metodologia em que os parâmetros foram calibrados conforme os módulos sequenciais, respeitando a seguinte ordem: aerodinâmico, transferência radiativa, difusão hidráulica do solo e fotossíntese e condutância estomática. A calibração do módulo aerodinâmico foi aplicada aos parâmetros referentes à altura do dossel, fração de cobertura vegetal e distribuição do ângulo foliar. No módulo de transferência radiativa, foi calibrado o parâmetro de reflectância da folha viva no visível. A calibração dos parâmetros referentes ao módulo de difusão hidráulica do solo foi realizada na porosidade do solo, profundidade individual das camadas e expoente de umidade. No módulo de fotossíntese e condutância estomática os parâmetros testados foram índice de área foliar, condutância estomática mínima e temperatura crítica para a respiração foliar. A calibração destes parâmetros permitiu que se obtivesse uma substancial melhoria na simulação dos fluxos de CO2 pelo modelo, obtendo-se um ganho expressivo na qualidade da simulação. Esta etapa constitui fundamental importância, uma vez que permitiu que a adoção dos dados de reanálise fosse efetuada no modelo adequado à área de estudo. No que tange a etapa final desta pesquisa, destaca-se que os dados do CFSR foram utilizados como condição de contorno atmosférica. Estas condições são necessárias à inicialização do modelo e originalmente utilizam-se as variáveis meteorológicas obtidas a partir da estação do INMET. Foram adotadas as variáveis referentes à temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar, precipitação, radiação de onda curta incidente e velocidade do vento, utilizadas para descrever o estado físico da atmosfera nas novas simulações dos fluxos de CO2, as quais foram comparadas aos dados observados da torre. A partir dos resultados obtidos, presumiu-se que a utilização dos dados de reanálise CFSR-NCEP pode ser considerada aceitável na aplicação de estudos dos fluxos de CO2 a partir do modelo SiB2, ressaltando-se que a calibração do referido modelo à área de estudo é de grande importância para sua adequação e obtenção de resultados mais satisfatórios. / The present work aimed to evaluate the behavior of CO2 fluxes, run by the Simple Biosphere Model (SiB2), by adopting CFSR-NCEP data reanalyzed as an atmospheric boundary condition. A statistical analysis was used in order to validate the results obtained using a coefficient for the adjusted model based on the simulation parameters when compared to the data observed in field, which was obtained by the micrometeorological tower located on the cultivation areas. The study was applied in a soybean experimental site located in Cruz Alta (-28,6036; -53,6736), in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil between 2008 and 2009. Some of the parameters presented in the subroutines of the model had to be adjusted first. For such, a methodology in which the parameters were calibrated in sequential modules was applied according to the following order: aerodynamics, radiative transfer, hydraulic diffusion of the soil and photosynthesis and stomatal conductance. In the aerodynamics module, the calibration was made using the parameters for the canopy height, vegetation coverage and leaf-angle distribution. For the radiative transfer, the calibration used the parameters for the live leaf transmittance visible reflectance. The calibration for the hydraulic diffusion of the soil was accomplished in the soil porosity, depth of individual layers and humidity exponent. For the photosynthesis and stomatal conductance, the parameters tested were the leaf area index, minimum stomatal conductance and leaf respiration critical temperature. It could thus be possible to obtain a considerable improvement for the simulation of the CO2 fluxes in this model for a high-quality simulation. That stage was significantly important since it enabled the reanalysis data to be set in the best model for the studied area. Regarding the final stage of this study, data from the CFSR were used as the atmospheric boundary condition instead of originally applied meteorological variables from the INMET station. Variables concerning air temperature, air pressure at sea level, precipitation, incident short-wave radiation and wind speed were used in order to describe the physical condition of the atmosphere in new simulations with CO2 fluxes, and then compared to the data observed in the micrometeorological tower. From the results, using the CFSR-NCEP reanalysis data can be considered acceptable for studies on CO2 fluxes from the SiB2 model. Yet, calibrating this model for the studied area is a key factor for its suitability and for obtaining adequate results.

Este trabalho buscou avaliar o comportamento dos fluxos de CO2, simulados pelo modelo de superfície SiB2, a partir da adoção dos dados de reanálise CFSR-NCEP como condições de contorno atmosféricas. Para a validação dos resultados obtidos utilizou-se uma análise estatística, através de um coeficiente de ajuste, o qual foi embasado nos parâmetros simulados em comparação aos dados observados, sendo estes obtidos pela torre micrometeorológica sitiada na área de cultivo. O estudo foi aplicado ao sítio experimental de soja localizado em Cruz Alta (-28,6036; -53,6736) no Rio Grande do sul e o período adotado compreendeu os anos de 2008 e 2009. Inicialmente foi necessário realizar a calibração de alguns parâmetros presentes nas sub-rotinas (módulos) do modelo. Para tanto, foi adotada uma metodologia em que os parâmetros foram calibrados conforme os módulos sequenciais, respeitando a seguinte ordem: aerodinâmico, transferência radiativa, difusão hidráulica do solo e fotossíntese e condutância estomática. A calibração do módulo aerodinâmico foi aplicada aos parâmetros referentes à altura do dossel, fração de cobertura vegetal e distribuição do ângulo foliar. No módulo de transferência radiativa, foi calibrado o parâmetro de reflectância da folha viva no visível. A calibração dos parâmetros referentes ao módulo de difusão hidráulica do solo foi realizada na porosidade do solo, profundidade individual das camadas e expoente de umidade. No módulo de fotossíntese e condutância estomática os parâmetros testados foram índice de área foliar, condutância estomática mínima e temperatura crítica para a respiração foliar. A calibração destes parâmetros permitiu que se obtivesse uma substancial melhoria na simulação dos fluxos de CO2 pelo modelo, obtendo-se um ganho expressivo na qualidade da simulação. Esta etapa constitui fundamental importância, uma vez que permitiu que a adoção dos dados de reanálise fosse efetuada no modelo adequado à área de estudo. No que tange a etapa final desta pesquisa, destaca-se que os dados do CFSR foram utilizados como condição de contorno atmosférica. Estas condições são necessárias à inicialização do modelo e originalmente utilizam-se as variáveis meteorológicas obtidas a partir da estação do INMET. Foram adotadas as variáveis referentes à temperatura do ar, pressão atmosférica ao nível do mar, precipitação, radiação de onda curta incidente e velocidade do vento, utilizadas para descrever o estado físico da atmosfera nas novas simulações dos fluxos de CO2, as quais foram comparadas aos dados observados da torre. A partir dos resultados obtidos, presumiu-se que a utilização dos dados de reanálise CFSR-NCEP pode ser considerada aceitável na aplicação de estudos dos fluxos de CO2 a partir do modelo SiB2, ressaltando-se que a calibração do referido modelo à área de estudo é de grande importância para sua adequação e obtenção de resultados mais satisfatórios. / The present work aimed to evaluate the behavior of CO2 fluxes, run by the Simple Biosphere Model (SiB2), by adopting CFSR-NCEP data reanalyzed as an atmospheric boundary condition. A statistical analysis was used in order to validate the results obtained using a coefficient for the adjusted model based on the simulation parameters when compared to the data observed in field, which was obtained by the micrometeorological tower located on the cultivation areas. The study was applied in a soybean experimental site located in Cruz Alta (-28,6036; -53,6736), in the state of Rio Grande do Sul, Southern Brazil between 2008 and 2009. Some of the parameters presented in the subroutines of the model had to be adjusted first. For such, a methodology in which the parameters were calibrated in sequential modules was applied according to the following order: aerodynamics, radiative transfer, hydraulic diffusion of the soil and photosynthesis and stomatal conductance. In the aerodynamics module, the calibration was made using the parameters for the canopy height, vegetation coverage and leaf-angle distribution. For the radiative transfer, the calibration used the parameters for the live leaf transmittance visible reflectance. The calibration for the hydraulic diffusion of the soil was accomplished in the soil porosity, depth of individual layers and humidity exponent. For the photosynthesis and stomatal conductance, the parameters tested were the leaf area index, minimum stomatal conductance and leaf respiration critical temperature. It could thus be possible to obtain a considerable improvement for the simulation of the CO2 fluxes in this model for a high-quality simulation. That stage was significantly important since it enabled the reanalysis data to be set in the best model for the studied area. Regarding the final stage of this study, data from the CFSR were used as the atmospheric boundary condition instead of originally applied meteorological variables from the INMET station. Variables concerning air temperature, air pressure at sea level, precipitation, incident short-wave radiation and wind speed were used in order to describe the physical condition of the atmosphere in new simulations with CO2 fluxes, and then compared to the data observed in the micrometeorological tower. From the results, using the CFSR-NCEP reanalysis data can be considered acceptable for studies on CO2 fluxes from the SiB2 model. Yet, calibrating this model for the studied area is a key factor for its suitability and for obtaining adequate results.

Na maior bacia hidrográfica do Planeta, o rio Amazonas transporta para os oceanos grande quantidade de carbono particulado e dissolvido. Esta visão tradicional dos rios, como carreadores de carbono para os oceanos, tem sido revista nas últimas décadas, em função de novos resultados que mostram emissões de CO2 destes sistemas para atmosfera superiores ao transporte na descarga em até uma ordem de grandeza. Diversos trabalhos já foram realizados com o objetivo de avaliar os processos que controlam essas emissões. No entanto, os mesmos ainda permanecem como uma grande fonte de incertezas. O objetivo principal deste trabalho foi quantificar os fluxos de CO2 em rios e igarapés do sudoeste da Amazônia (bacia do rio Purus, estado do Acre), levando em consideração as características químicas e físicas de cada sistema, bem como a sazonalidade da região e, assim, contribuir para melhorar as estimativas das emissões de carbono em toda a bacia Amazônica. Os resultados mostraram que durante o período de estiagem os rios apresentam águas com concentrações relativamente elevadas de bicarbonato, indicando a importância do intemperismo de carbonatos como fonte de carbono. Análises da composição isotópica do carbono inorgânico dissolvido corroboraram estes resultados. Nos igarapés, no entanto, a principal fonte de carbono é a matéria orgânica do solo. A sazonalidade exerce forte influência na pCO2 e, consequentemente, nos fluxos de CO2, com os maiores valores ocorrendo no período chuvoso. No entanto, não foi encontrada variabilidade sazonal nas taxas respiratórias o que mostra que, além da respiração, outros fatores também estão influenciando os fluxos de CO2. No período seco, o aumento significativo das concentrações de clorofila a pode indicar que processos fotossintéticos também desempenham um papel importante no balanço de C destes sistemas / In the largest basin of the planet, the Amazon river carries large amounts of particulate and dissolved carbon to the oceans. This traditional view of rivers as carriers of carbon to the oceans has been reviewed in the last decades due to new results showing that CO2 emissions to the atmosphere from these systems can surpass C transport in discharge in one order of magnitude. Several studies have been conducted to evaluate the processes controlling these emissions. However they still remain a major source of uncertainty. The main objective of this study was to quantify CO2 evasive fluxes in rivers and streams of Southwestern Amazon (Purus river basin, Acre state), taking into account chemical and physical characteristics of each system, as well as seasonality in this region and, thus, contribute to improve estimates of carbon emissions throughout the Amazon basin. The results showed that during low water the rivers have relatively high bicarbonate concentrations, indicating that carbonate weathering is an important carbon source. Dissolved inorganic carbon isotopic composition corroborated these results. However, in streams the main carbon source is soil organic matter. Seasonality has a strong influence on pCO2 and consequently on CO2 fluxes, with the highest values occurring in the rainy season. However there was no seasonal variability in respiration rates, which shows that other factors than respiration are also influencing CO2 fluxes. During the dry period, increases in chlorophyll a indicate that photosynthetic processes also play an important role in the C balance of these systems.

Na maior bacia hidrográfica do Planeta, o rio Amazonas transporta para os oceanos grande quantidade de carbono particulado e dissolvido. Esta visão tradicional dos rios, como carreadores de carbono para os oceanos, tem sido revista nas últimas décadas, em função de novos resultados que mostram emissões de CO2 destes sistemas para atmosfera superiores ao transporte na descarga em até uma ordem de grandeza. Diversos trabalhos já foram realizados com o objetivo de avaliar os processos que controlam essas emissões. No entanto, os mesmos ainda permanecem como uma grande fonte de incertezas. O objetivo principal deste trabalho foi quantificar os fluxos de CO2 em rios e igarapés do sudoeste da Amazônia (bacia do rio Purus, estado do Acre), levando em consideração as características químicas e físicas de cada sistema, bem como a sazonalidade da região e, assim, contribuir para melhorar as estimativas das emissões de carbono em toda a bacia Amazônica. Os resultados mostraram que durante o período de estiagem os rios apresentam águas com concentrações relativamente elevadas de bicarbonato, indicando a importância do intemperismo de carbonatos como fonte de carbono. Análises da composição isotópica do carbono inorgânico dissolvido corroboraram estes resultados. Nos igarapés, no entanto, a principal fonte de carbono é a matéria orgânica do solo. A sazonalidade exerce forte influência na pCO2 e, consequentemente, nos fluxos de CO2, com os maiores valores ocorrendo no período chuvoso. No entanto, não foi encontrada variabilidade sazonal nas taxas respiratórias o que mostra que, além da respiração, outros fatores também estão influenciando os fluxos de CO2. No período seco, o aumento significativo das concentrações de clorofila a pode indicar que processos fotossintéticos também desempenham um papel importante no balanço de C destes sistemas / In the largest basin of the planet, the Amazon river carries large amounts of particulate and dissolved carbon to the oceans. This traditional view of rivers as carriers of carbon to the oceans has been reviewed in the last decades due to new results showing that CO2 emissions to the atmosphere from these systems can surpass C transport in discharge in one order of magnitude. Several studies have been conducted to evaluate the processes controlling these emissions. However they still remain a major source of uncertainty. The main objective of this study was to quantify CO2 evasive fluxes in rivers and streams of Southwestern Amazon (Purus river basin, Acre state), taking into account chemical and physical characteristics of each system, as well as seasonality in this region and, thus, contribute to improve estimates of carbon emissions throughout the Amazon basin. The results showed that during low water the rivers have relatively high bicarbonate concentrations, indicating that carbonate weathering is an important carbon source. Dissolved inorganic carbon isotopic composition corroborated these results. However, in streams the main carbon source is soil organic matter. Seasonality has a strong influence on pCO2 and consequently on CO2 fluxes, with the highest values occurring in the rainy season. However there was no seasonal variability in respiration rates, which shows that other factors than respiration are also influencing CO2 fluxes. During the dry period, increases in chlorophyll a indicate that photosynthetic processes also play an important role in the C balance of these systems.

Measurements of turbulent fluxes (momentum, sensible heat, latent heat and CO2) at two different heights were studied from data of a tower at Ostergarnsholm Island (Baltic Sea) during one week, while calculations using bulk formulations of fluxes were done with measurements in the tower and in two buoys moored at different locations. Different behaviors are found for the different fluxes. Measured latent heat flux shows higher correlation with calculations than measured sensible heat flux. For the CO2 flux, this relation was not found. Also all measured fluxes at the tower agree better with calculations when they are done under unstable conditions, meaning that the tower is better measuring the area where the measurements are taken in the buoys (near the tower). The studied period includes an upwelling and a high horizontal surface heterogeneity was found during most of the periods. It was seen using the comparison between calculated and measured fluxes and also using satellite images of the studied site. The footprint area is the area at some distance upwind from the tower where the surface conditions are influencing the measurements of the flux of some quantity at certain height in the tower, and this footprint area is continuously changing because its highly dependence with the stratification. Since during all the period the stratification was changing from slightly stable to slightly unstable conditions, the surface heterogeneity can also be seen in the variability of measured fluxes at different heights. One important conclusion in the study is that calculations of the fluxes using bulk formulations may not be useful when high variability of different parameters (as sea surface temperature and pCO2w ) is expected, as for example during upwelling situations and near coast, where the phytoplankton can significantly influence the concentration of CO2 at the surface. A wide study is done, including meteorological and oceanographic parameters, fluxes, comparisons, relations with parameters, transfer coefficients, dependences with the stratification and satellite images. / Mätningar av flöden (impuls, värme, vattenånga och CO2) vid två olika höjder studerades med data från en mast på ön Östergarnsholm (i Östersjön) under en vecka, beräkningar av flödena gjordes med mätningar av atmosfäriska parametrar från samma mast samt data från två bojar på två olika platser. Man fann olika beteenden för de beräknade och uppmätta flödena. Direkt (sensibelt) värme visade högre korrelation mellan beräkningar och uppmätta sensibla värmeflöden . För CO2- flödet fann man inte detta samband. För alla flödena överensstämmer mätningarna bättre med beräknade flöden när de är gjorda under instabila förhållanden, vilket betyder att under dessa förhållanden representerar mätningarna i masten bättre området där bojarna är placerade. Den studerade perioden inkluderar en period med upvällning (upwelling) och en hög horisontell variabilitet i ytparametrar under den största delen av denna period. Detta visades genom jämförelser mellan de beräknade och de uppmätta flödena och även genom satellitmätningar. Det område uppvind masten där ytan påverkar flöden uppmätta i masten på en viss nivå kallas ”footprint area”, och denna footprint area förändras kontinuerligt på grund av det stora beroendet av skiktningen i atmosfären. Eftersom skiktningen under hela perioden förändrades från något stabilt till något instabilt, kan ytvariabiliteten även ses i variationen av uppmätta flöden på olika höjder. En viktig slutsats i studien är att beräkningar av flödena som görs med standardformler inte bör användas vid förhållanden med hög horisontell och vertikal variation av olika parameter (som havsytetemperatur och pCO2w), som till exempel under uppvällningssituationer och nära kusten, där phytoplankton markant kan påverka koncentrationen av CO2 vid ytan. Studien inkluderar meteorologiska, oceanografiska parametrar, flöden, samband med parametrar, överförings koefficienter, beroende av stabilitet och satellitbilder. / Flujos turbulentos (momento, calor sensible, calor latente y CO2) en 2 alturas diferentes fueron estudiadas usando medidas de una torre en la Isla de Östergarnsholm (Mar Báltico) durante una semana. Los flujos también fueron calculados usando formulaciones con medidas de la torre y de dos boyas ancladas en diferentes localizaciones. Diferentes características para los distintos flujos fueron encontradas. El flujo de calor latente muestra una relación más alta con los cálculos que el flujo de calor sensible. No se encontró esta relación para el flujo de CO2. También, todos los flujos medidos en la torre coinciden mejor con los flujos calculados cuando estos son hechos bajo condiciones de estratificación inestable, significando que la torre mide mejor el área donde son cogidas las medidas en las boyas (cerca de la torre). El periodo estudiado incluye un afloramiento costero y se encontró una alta heterogeneidad horizontal en la superficie del mar durante la mayoría de los periodos. Esto fue estudiado usando las comparaciones entre flujos calculados y medidos y también usando imágenes de satélite. El footprint area puede ser definido como el área a una distancia desde la torre hacia donde sopla el viento donde las condiciones de la superficie influyen las medidas del flujo de alguna cantidad en la torre, y este footprint area está continuamente cambiando debido a su alta dependencia con la estratificación. Durante todo el periodo la estratificación estuvo cambiando desde ligeramente estable a ligeramente inestable, y por ello la heterogeneidad de la superficie puede ser vista en la variabilidad de los flujos medidos a diferentes alturas. Una conclusión importante en este estudio es que los cálculos de los flujos usando formulaciones podrían no ser útiles cuando se espera una alta variabilidad de los diferentes parámetros (temperatura superficial del mar y pCO2w), como por ejemplo durante situaciones de afloramiento y también cerca de costa, donde el fitoplancton puede influenciar significativamente la concentración de CO2 en la superficie. Se presenta un amplio estudio, incluyendo parámetros meteorológicos y oceanográficos, comparaciones de flujos, relaciones con parámetros, coeficientes de transferencia, dependencias con la estratificación e imágenes de satélite.

Este trabalho investiga as potenciais mudanças de temperatura e precipitação em escala regional no estado de São Paulo, decorrentes das mudanças do uso da terra. Realizou-se a análise de um conjunto de observações micrometeorológicas no período de fevereiro de 2005 a fevereiro de 2006, sobre áreas de cerrado, cana-de-açúcar e eucalipto. O balanço de energia no cerrado indicou que o saldo de radiação foi maior que sobre a cana-de-açúcar, devido principalmente ao maior albedo e perda de radiação de onda longa na cana. No eucalipto o saldo de radiação foi semelhante ao do cerrado. A partição de energia no cerrado e na cana-de-açúcar diferiu marcadamente nos quatro meses após a colheita, quando a razão de Bowen e o fluxo de calor no solo foram maiores na cana-de-açúcar. No período úmido o eucalipto destacou-se com maior evapotranspiração (5,2 mm dia-1) do que no cerrado e na cana-de-açúcar (3,1 e 2,5 mm dia-1, respectivamente). Apesar disso, o eucalipto foi a área mais sensível à condição de estresse hídrico, reduzindo a evapotranspiração em maior proporção no final de agosto. A temperatura máxima diária (Tmax) sobre o cerrado foi menor que sobre cana-de-açúcar (de 1,3 a 2 ºC) e maior do que sobre o eucalipto (de 0,5 a 1,3 ºC), consistente com a comparação da partição de energia na maior parte do ano. A temperatura mínima diária (Tmin) sobre o cerrado foi maior que sobre a cana-de-açúcar (por até 3 ºC) e maior do que sobre o eucalipto (por até 1 ºC). Também foram analisadas as séries históricas de precipitação e temperatura do ar (Tmax e Tmin) em Ribeirão Preto e Campinas no período de 1943 a 2000, sugerindo em ambas uma oscilação decadal marcada por uma fase quente da Tmax) e seca (da chuva), entre 1943-1965, seguida de uma fase úmida e Tmax levemente fria, até 2000. Este padrão mostrou-se semelhante a variabilidade da Oscilação decadal do Pacífico, portanto um controle de variabilidade natural de grande escala. A Tmin média anual mostrou um aumento significativo nos últimos 58 anos, apesar de alguns anos relativamente frios na década de 1980, particularmente em Ribeirão Preto. Nas últimas duas décadas a persistência de anomalias quentes da Tmin foi marcante, consistente com as tendências globais, possivelmente devido a intensificação do efeito estufa. Entretanto, há evidências de que a crescente urbanização pode ter influenciado o sinal das estações, baseado na comparação com a variabilidade das reanálises do NCEP/DOE. O efeito da urbanização é mais provável em Campinas devido a três fatores: localização em relação a mancha urbana, regime local dos ventos e grande aumento populacional entre 1950 e 2000. Considerando que a cana substituiu o cerrado no último século e baseado na comparação do microclima em cada ecossistema, sugere-se que as mudanças de uso da terra associadas à expansão da cana-de-açúcar não explicam a variabilidade de longo prazo da temperatura. Apesar desta falta de evidência, verificou-se uma tendência de resfriamento da Tmax, significativa somente no inverno, que poderia ser resultante das queimadas de cana-de-açúcar. / This work investigates potential regional scale temperature and precipitation changes in the São Paulo state, caused by land use changes. We analised micrometeorological measurements, in the period February 2005 to February 2006, over three different ecosystems (cerrado, sugar cane and eucalyptus plantation). The surface energy balances showed that over the cerrado the net radiation was larger than for sucar cane, mostly due to a larger albedo and long wave radiation loss. The net radiation was similar between the cerrado and eucalyptus. The energy partition over the cerrado and sugar cane differed markedly during the first four months after sugar cane´s harvest, when the Bowen ratio and soil heat flux were both higher over the latter area. During the wet period, was evapotranspiration over eucalyptus ppeared remarkably larger (5,2 mm day-1), compared to the cerrado and sugar cane (3,1 e 2,5 mm day-1, respectively). Despite that, the eucalyptus area was the most sensitive to soil water stress conditions, where the largest reduction in evapotranspiration was observed at the end of August. The daily maximum emperature (Tmax) over the cerrado was lower than over the sugar cane (from 1,3 to 2 ºC) and larger than over eucalyptus (from 0,5 to 1,3 ºC), concurrent with the comparisons of energy partitioning during most of the year. The daily minimum temperature (Tmin) over cerrado site was larger than over the sugar cane (up to 3 ºC) and over eucalyptus (up to 1 ºC). Time series of precipitation and air temperature (Tmax and Tmin), at Ribeirão Preto and Campinas cities, were further analyzed, in the 1943 to 2000 period, and suggested over both stations a decadal oscillation marked by warm phasis (in Tmax) and dry phase in precip), in the sub-period 1943-1965, followed by an wet phase (in precip) and slightly cold phase (of Tmax) up to 2000. This pattern appeared to be similar to the Pacific Decadal Oscillation variability, thus likely to be controlled by a large scale natural variability. The annual mean Tmin showed a significant increasing trend in the last 58 years, despite of some cold years during 980s, particularly at Ribeirão Preto city. In the last two decades (1980 2000) the persistence of warm Tmin anomalies was more clearly noticed, concurrent with global mean temperature trends, likely arising from the enhancement of the greenhouse effect. However, we found evidences that increasing urbanization could have affected the measurements over the meteorological weather stations, based on comparisons with NCEP/DOE reanalysis data variability. The urbanization effect is most likely in the Campinas city, partly to three factors: the meteorological station is located close to the urban spot area, local wind regimes, and substantial population growth between 1950 to 2000. Hypothesizing that the sugar cane plantations replaced, in the last 30 years, the primitive cerrado areas that existed in the early 20th century, and comparing the microclimate over both ecosystems, it is suggested that the land use changes associated to sugar cane plantation does not explain the long term temperature variability observed in the weather stations. However, the seasonal trends of Tmax appeared to decrease in the last 30 years, during the winter season, what could be caused by the increasing sugar cane burning emission.

L’objectif de la thèse s’inscrit dans le cadre de contribuer à l’estimation des paramètres du système des carbonates en Mer Méditerranée, en particulier la pression partielle du CO2 dans l’eau (pCO2sw), l’alcalinité totale (AT), le carbone inorganique total (CT) et le pH. En premier lieu, on a calculé à partir des données des campagnes Boum en 2008 et MedSeA en 2013 les coefficients de mélange des masses d’eau dans les bassins Ouest et Est. L’analyse de ces coefficients nous a permis d’étudier l’évolution des masses d’eau en Mer Méditerranée entre les années 2008 et 2013.En deuxième lieu, on a présenté à partir des données de la mission MedSeA en mai 2013, les résultats des mesures récentes de pCO2sw sur une section longitudinale assez étendue allant du détroit de Gibraltar jusqu’au sous-bassin Levantin. Les résultats ont indiqué que les bassins Ouest et Est sont gouvernés par deux régimes différents de pCO2sw. Ces deux régimes ont été influencés par les propriétés physico-chimiques assez distinctes des deux bassins. A partir des mesures directes de pCO2sw on a calculé les flux journaliers de CO2 à travers l’interface air-mer en mai 2013 et cela pour le trajet couvert par la mission MedSeA. Pour aboutir à une analyse plus globale on s’est référé dans une étude ultérieure, aux données des campagnes Thresholds et MedSeA. On a établit ainsi deux équations pour estimer en mai 2007 et 2013, la pCO2sw à partir des données satellites de température de surface, Chlorophylle_a et l’index de la couleur de la matière organique dissoute. Puis, on a calculé et cartographié les flux air-mer de CO2 en mai 2013 à l’échelle de toute la Mer Méditerranée et pour une résolution spatiale de 4 km.Ensuite, on a établi à partir des données de la mission MedSeA, des régressions linéaires pour estimer l’AT et le CT à partir de la salinité, et cela pour chaque sous-bassin de la Mer Méditerranée et pour plusieurs intervalles de profondeur. Ultérieurement, on s’est concentré aux données physico-chimiques dans les eaux de surface, compilées de plusieurs campagnes océanographiques entre 1998 et 2013. Les équations établies pour estimer l’AT et le CT dans les eaux de surface, ont indiqué que le meilleur polynôme inclue la salinité et la température. Ces polynômes ont été appliqués sur les cartes climatologiques de température et de salinité du World Ocean Atlas, pour cartographier les variabilités spatiales et saisonnières de l’AT et du CT sur une moyenne de 7 ans. En outre, à partir des données de la mission MedSeA, on a estimé les concentrations en carbone anthropique (CANT) et la variation de l’acidification (∆pH) en Mer Méditerranée. Les résultats ont indiqué que la Mer Méditerranée est fortement contaminée par le CANT avec des concentrations bien plus élevées que celles enregistrées dans l’océan Pacifique ou Indien. Le calcul du ∆pH a indiqué que la Mer Méditerranée est déjà acidifiée de la surface jusqu’en profondeur. Enfin, on a présenté un modèle pour prédire le ∆pH en fonction de concentrations théoriques de CANT. On a montré que le seuil en CANT pour lequel l’acidification va fortement s’intensifier en Mer Méditerranée est déjà atteint. Aussi, les eaux profondes des bassins Occidental et Oriental, deviendront très probablement sous saturées par rapport à la calcite et à l’aragonite d’ici la fin du siècle prochain. / The objective of the thesis is to contribute to the estimation of the carbonate system parameters in the Mediterranean Sea, in particular the partial pressure of CO2 in water (pCO2sw), total alkalinity (AT), total inorganic carbon (CT) and pH.The study was initiated by an adequate calculation of the water masses mixing coefficients in the Western and Eastern basins, using data from the Boum and MedSeA cruises in 2008 and 2013, respectively. The analysis of the mixing coefficients, allowed us to study the evolution of water masses in the Mediterranean Sea between the years 2008 and 2013.Subsequently, using data from the 2013 MedSeA cruise, we presented the results of recent measurements of pCO2sw on a wide longitudinal section from the Strait of Gibraltar to the Levantine sub-basin. The results indicated that the Western and Eastern basins were characterized by two different pCO2sw regimes. These regimes were mainly affected by the distinctive physico-chemical properties of each basin. From the direct measurements of pCO2sw we calculated along the track of the MedSeA cruise, the daily CO2 fluxes across the air-sea interface in May 2013. To achieve a more comprehensive analysis, we referred in a consecutive study to the data of the Thresholds and MedSeA cruises. From these data, we provided two equations to estimate in May 2007 and 2013; pCO2sw from satellite data of sea surface temperature, Chlorophyll_a and the chromophoric dissolved organic matter index. Furthermore, we calculated and mapped the air-sea CO2 fluxes in May 2013 across the whole Mediterranean Sea, with a spatial resolution of 4 km.Successively, we established from the MedSeA cruise data, linear regressions to estimate AT and CT from salinity, in each sub-basin of the Mediterranean Sea and for several depths. Later on, we focused on the physico-chemical data in surface waters, compiled from several oceanographic cruises between 1998 and 2013. The equations developed to estimate the AT and CT in surface waters, indicated that it is best to include in these polynomials both salinity and temperature. These polynomials were applied to the climatological fields of salinity and temperature of the World Ocean Atlas, in order to map the spatial and seasonal variability of AT and CT on a 7 years average.Moreover, we estimated from the MedSeA cruise data, the concentrations of anthropogenic carbon (CANT) and the variation of acidification (ΔpH) in the Mediterranean Sea. The results indicated that the Mediterranean Sea is heavily contaminated by CANT, with higher concentrations than those recorded in the Pacific or Indian Ocean. Also, the calculated ΔpH indicated that the Mediterranean Sea is already acidified from the surface to the deep waters. Finally, we presented a model to predict the ΔpH according to theoretical concentrations of CANT. Consequently, we showed that we already reached the tipping point of CANT, for which the acidification will strongly intensify in the Mediterranean Sea. Moreover, the deep waters of the Western and Eastern basins are very likely to become under saturated in calcite and aragonite by the end of the next century.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-03-23T13:07:11Z No. of bitstreams: 1 Apolo Alves Ribeiro.pdf: 1727548 bytes, checksum: 8e7f8a7459cd445c7152921b7145c618 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T13:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apolo Alves Ribeiro.pdf: 1727548 bytes, checksum: 8e7f8a7459cd445c7152921b7145c618 (MD5) Previous issue date: 2014-12-09 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Many important processes occurring in ecosystems, such as photosynthesis and productivity of vegetation, are associated with the exchange of CO2, water and energy. Accurate measurement of these fluxes are therefore fundamental to a broad understanding of the carbon cycle in terrestrial ecosystems. However, no such study was conducted under the conditions of the Agreste of Pernambuco, with the bean crop. Given the above, this study aimed to quantify the water, energy and CO2 fluxes in soil cultivated with bean under rainfed conditions. The study was conducted in a bean producing area of the city of São João, where were installed sensors to measure these fluxes, using the energy balance method - eddy covariance (energy and CO2 fluxes) and soil water balance method (water fluxes) in the period from 31/05/2013 to 08/20/2013. In addition to these measurements were also measured height, leaf area index (LAI) and the bean yield. Regarding the components of the water balance was found that the flow of water at a depth of 35 cm (deep drainage and/or capillarity rise) had very low values. It was also observed that the periods of high rainfall resulted in higher water storage in soil and increased evapotranspiration (ET). The ET obtained by water balance method had a total and average values of 146.0 mm and 1.78 mm d-1, respectively. The bean presented its highest water consumption during the reproductive period (29/06/2013 to 29/07/2013), with an average value of 2.55 mm d-1. Regarding the energy fluxes, it was found that the latent heat flux (LE) consumed on average 78.46% of the radiation (Rn). The ET, measured by the eddy covariance method, was total value of 179.3 mm, with a mean value of 2.2 mm d-1. Bean yield was 2,050 kg ha-1, with water use efficiency of 1.16 kg m-3. Regarding the CO2 fluxes, it was observed that the same varied from -11.21 to -0.75 mol m-2 s-1, indicating the occurrence of carbon sequestration by the crop. On average, bean sequestered 54 kg C ha-1 per day, the equivalent to 3.3 t C ha-1 during the trial period. / Muitos processos importantes que ocorrem nos ecossistemas, tais como, a fotossíntese e a produtividade da vegetação, estão associados com as trocas de CO2, água e energia. Medições precisas desses fluxos são, portanto, fundamentais para uma ampla compreensão do ciclo do carbono em ecossistemas terrestres. No entanto, nenhum estudo desse tipo foi realizado nas condições do agreste meridional de Pernambuco, com a cultura do feijão. Diante do exposto, o presente trabalho objetivou quantificar os fluxos de água, de energia e de CO2 em solo cultivado com feijão sob condições de sequeiro. O trabalho foi realizado em uma área produtora de feijão do município de São João, onde se instalou sensores para medir esses fluxos, usando as metodologias do balanço de energia - correlação dos turbilhões (fluxos de energia e de CO2) e do balanço hídrico no solo (fluxos de água) no período de 31/05/2013 a 20/08/2013. Também foram determinadas a altura, o índice de área foliar (IAF) e a produtividade do feijão. Em relação aos componentes do balanço hídrico verificou-se que o fluxo de água (drenagem profunda e/ou ascensão capilar) na profundidade de 35 cm teve valores muito baixos, como também que os períodos de elevada pluviosidade resultaram em maior armazenamento de água no solo e maior evapotranspiração (ET). A ET do feijão pelo método do balanço hídrico teve valor total e médio de 146,0 mm e 1,78 mm d-1, respectivamente. A cultura apresentou seu maior consumo de água no período reprodutivo (29/06/2013 a 29/07/2013), com valor médio de 2,55 mm d-1. Quanto aos fluxos de energia, verificou-se que o fluxo de calor latente (LE) consumiu em média 78,46% do saldo de radiação (Rn). A ET medida pela metodologia da correlação dos turbilhões obteve valor total durante o período experimental de 179,3 mm, com média de 2,2 mm d-1. A produtividade do feijão foi de 2.050 kg ha-1, com eficiência do uso de água de 1,16 kg m-3. Em relação aos fluxos de CO2, observou-se que os mesmos variaram de -0,75 a -11,21 mol m-2 s-1, indicando a ocorrência de sequestro de carbono pelo feijão. Em média, o feijão sequestrou 54 kg de C ha-1 por dia, o equivalente a 3,3 t de C ha-1 durante o período experimental.