Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-08T18:27:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:31:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Rodolfo Marcone Silva Souza.pdf: 3134895 bytes, checksum: a00817e8dfd7bd060ee1bf4d5dcdbdc9 (MD5) Previous issue date: 2017-04-07 / FACEPE / Os cenários de mudanças climáticas apontam para alterações no regime de chuva com tendência de escassez de água nas regiões semiáridas. As projeções de mudanças na sazonalidade e na variabilidade interanual das chuvas indicam impactos severos na vegetação das regiões tropicais áridas e semiáridas. Além disso, mudanças no uso da terra podem impactar nos fluxos de energia e carbono nessas regiões. Nesse sentido, essa pesquisa teve dois principais objetivos: i) avaliar a variabilidade sazonal e interanual dos fluxos de energia e carbono em área de pastagem degradada e caatinga no semiárido pernambucano; ii) avaliar os efeitos da sazonalidade e variabilidade interanual da chuva na caatinga e modelar as respostas da caatinga às futuras mudanças no regime de chuva. Para atender o primeiro objetivo, foram instaladas torres micrometeorológicas para medições contínuas de variáveis meteorológicas, fluxos de energia, carbono e do conteúdo de água no solo, realizados em uma área de pastagem degradada (PA) e de caatinga (CA) no município de Serra Talhada-PE. Os fluxos de energia e carbono foram medidos com um sistema de correlação dos vórtices turbulentos à 2,0 e 10 m de altura na PA e CA, respectivamente. A maior parte da energia disponível foi convertida em fluxo de calor sensível tanto na PA como na CA, no entanto, o calor latente e a evapotranspiração na CA foi maior do que na PA. Após os eventos de chuva, principalmente no começo da estação chuvosa, foram registrados fluxos positivos de CO₂ em ambas as áreas, que em seguida passaram a ter fluxo de CO₂ negativo devido à fotossíntese das plantas. Durante a estação chuvosa, a respiração na CA foi cerca de 2,8 vezes maior do que na PA. Apesar do baixo regime pluviométrico, ambas as áreas atuaram como sumidouro de carbono, retirando em média 3,25 e 3,42 Mg de C ha⁻¹ ano⁻¹ respectivamente para a PA e a CA. No segundo principal objetivo, foram calculadas estatísticas da sazonalidade e da variabilidade interanual da chuva e do NDVI que descrevem a duração, o tempo e a intensidade das estações úmida e seca em quatro locais de estudo no Estado de Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). Os resultados mostraram que a caatinga tende a ter uma resposta mais estável com a estação de crescimento mais longa (3,1±0,1 meses) comparada com a duração da estação chuvosa (2,0±0,5 meses). O formato e o tamanho das curvas de histerese da relação chuva-NDVI estão relacionadas aos efeitos tampão da dinâmica da água no solo e do crescimento das plantas. Por fim, as simulações da resposta da vegetação para diferentes cenários de chuva revelaram a existência de uma produtividade máxima do ecossistema em níveis intermediários da sazonalidade da chuva, o que sugere uma possível compensação nos efeitos da intensidade e da duração da estação úmida no crescimento da vegetação, relacionado com a dinâmica da água no solo e a taxa de transpiração. / Climate change scenarios point to changes in the rainfall regime with a tendency for water scarcity in semi-arid regions. Projections of changes in seasonality and interannual rainfall variability indicate severe impacts on the vegetation of arid and semi-arid tropical regions. In addition, changes in land use can impact energy and carbon flows in these regions. In this sense, this research had two main objectives: i) evaluate the seasonal and interannual variability of flows of energy and carbon in degraded pasture area and in the semi-arid caatinga of Pernambuco; ii) assess the effects of seasonality and interannual variability of rain in caatinga and model the responses of the caatinga to future changes in rainfall regime. In order to meet the first objective,micrometeorological towers were installed for continuous measurements of meteorological variables, energy fluxes, carbon and soil water content in a degraded pasture (PA) and caatinga (CA) area in the municipality of Serra Talhada-PE. The energy and carbon fluxes were measured with a correlation system of turbulent vortices at 2.0 and 10 m height in PA and CA, respectively. Most of the available energy was converted into sensible heat flux in both PA and CA, however, latent heat and evapotranspiration in CA were higher than in PA. After the events of rain, especially at the beginning of the rainy season, have registered positive CO₂ flows in both areas, which then started to have negative CO₂ flux due to photosynthesis. During the rainy season, the respiration in CA was about 2.8 times higher than in PA. Despite the low rainfall regime, both areas acted as a carbon sink by an average of 3.9 and 3.4 Mg C ha⁻¹ year⁻¹ respectively to the PA and CA. In the second main objective, we calculated statistics of seasonality and interannual variability of rainfall and NDVI that describing the duration, timing, and intensity of wet and dry seasons for four sites in State of Pernambuco (São João, Araripina, Serra Talhada e Petrolina). The results showed that the caatinga tends to have a more stable response with the longest growing season (3.1±0.1 months) compared with the duration of the rainy season (2.0±0.5 months). The format and the size of the hysteresis loops of the rain-NDVI relations are linked to the buffering effects of soil moisture and plant growth dynamics. Finally, the simulations of the response of vegetation to different scenarios of rain have revealed the existence of a maximum productivity of the ecosystem at intermediate levels of seasonality of rain, which suggests a possible compensation effects of intensity (e.g. quantity) and the duration of the wet season in the growth of vegetation related to the dynamics of the water in the soil and the rate of transpiration.

Agriculture is directly linked to atmospheric concentration of greenhouse gases (GHG) through basic processes that occur in the soil-plant system. Agricultural soils can act as a source or sink of GHG depending on the management practices adopted. The objective of this research was to evaluate the GHG flux in different soil management systems. This project was constituted by two studies, conducted in long-term (22 years) experiment in a Rhodic Hapludox located in FUNDACEP research center, Cruz Alta, RS, Brazil. A study was conducted during 2006-2007 to evaluate the C-CO2 flux in a no-till soybean cropping system. Data were collected by an automatic meteorological station mounted in micrometeorological tower two meters above the ground. Turbulent variables were measured by a three-dimensional sonic anemometer Campbell-3D (wind and temperature components) and by an infrared gas analyzer Licor 7500 (H2O e CO2). Eddy covariance method was employed to measure the C-CO2 exchange that resulted of the interaction between atmosphere and the soybean cropping system. Soil temperature was measured using two sensors (thermopar) installed in the soil and for moisture measurement were used two sensors ECH2O. Results confirmed the high photosynthetic activity during daylight, with high values of C-CO2 influx. Low values of total C-CO2 influx were verified, with the culture responding to environmental conditions and to phenologic stage. Soybean cropping system liquid C-CO2 balance was estimated in -7,1 g C m-2. This result suggests a low soybean potential in increasing soil organic matter, even under no-till system. A second study was conducted during winter soil tillage operations (May 2007), using the closed camera method, to evaluate N2O, CH4 and CO2 flux in different soil management systems (conventional tillage, no-till system with soybean and maize residues). The analysis was made through gaseous chromatography. GHG emissions were affected by cropping system and were not affected by soil tillage. Highest N2O emissions occurred in the no-till system with soybean residues. The no-till system with maize residues had similar N2O emissions to conventional tillage system, this result was explained due to low nitrate soil content. The three systems evaluated acted as a CH4 sink. CO2 emissions were higher in the no-till system. / A agricultura está diretamente relacionada à concentração atmosférica de gases de efeito estufa (GEE) através dos processos básicos que ocorrem no sistema solo-planta. Os solos agrícolas podem atuar como fonte ou dreno destes gases dependendo das práticas de manejo utilizadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o fluxo de GEE em diferentes sistemas de manejo de solo. O projeto foi constituído de dois estudos, desenvolvidos em experimento de longa duração (22 anos) sob Latossolo Vermelho distrófico típico situado na Fundação Centro de Experimentação e Pesquisa Fecotrigo (FUNDACEP), Cruz Alta, RS. Com o objetivo de avaliar o fluxo de C-CO2 no sistema solo-soja sob plantio direto (PD), desenvolveu-se um estudo durante a safra agrícola de 2006/2007. Os dados foram coletados por uma estação meteorológica automática montada em torre micrometeorológica de dois metros de altura. Variáveis turbulentas foram medidas por um anemômetro sônico tridimensional Campbell-3D (componentes de vento e temperatura) e por um analisador de gás infravermelho Licor 7500 (H2O e CO2). O método da covariância dos vórtices ( eddy covariance ) foi utilizado para medir o fluxo de C-CO2 que é resultante da interação entre a atmosfera e a cultura de soja. A temperatura do solo foi avaliada utilizando-se dois sensores de temperatura (termopares) inseridos no interior do solo e para a medição da umidade do solo foram utilizados dois sensores ECH2O (Decagon Devices, Inc, USA). Os resultados confirmaram a elevada atividade fotossintética durante o período diurno, com elevados valores de influxo de C-CO2. Foram verificados baixos valores de influxo de C-CO2 total, com a cultura respondendo às condições ambientais e ao estádio fenológico. O balanço de C líquido da cultura da soja indicou baixo potencial em proporcionar incrementos nos teores de matéria orgânica do solo mesmo sob PD. Com o objetivo de avaliar o fluxo de N2O, CH4 e CO2 em diferentes sistemas de manejo de solo (preparo convencional, plantio direto com resíduos de soja e milho) desenvolveu-se um estudo durante os preparos de inverno (maio de 2007) usando o método da câmara fechada. A análise foi realizada por cromatografia gasosa (cromatógrafo Shimadzu GC 2014). As emissões de GEE foram pouco influenciadas pelo preparo do solo no período outono-inverno. As maiores emissões de N2O ocorreram no PD quando na presença de resíduos de soja. Os três sistemas avaliados atuaram como dreno de CH4. As emissões de CO2 foram maiores sob PD do que sob PC.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The dynamics process of the atmosphere near Earth ground is controled by two main forcings, termical and machanics. These process are reponsible for the atmospheric flow variability in this layer, and this variability characterizes the atmospheric turbulence. The presence of turbulence phenomena drives to distinguish it from the rest of atmosphere, such layer is commom called Atmospheric Boundary Layer (ABL). So, the importance of studying ABL is the fact of that turbulence represents an effective transport process near the ground surface. Adequate treating of the experimental data gives more truthful so qualitative as quantitavie when we are interpreting and understading these transports. This is very impportant for suitable trustful charaterizing the turbulent fluxes. This dissertation shows an overview about some basics turbulent data treatment techics. The dataset, colected experimentaly and separed into 27 minutes window samples, were subjected to simple mean, running mean through digital recursive filter e and linear detrending. Our focus are the implications of applying this technics and how each of this acts in turbulent time series of temperature and vertical velocity of the wind data, showing and discussing about the results in the estimating fluxes of sensible heat by Eddy Covariance method and also spectral densities estimates of temperature and vertical wind velocity. The main goal of the study done in this dissertation, was identifying that applying corrections on fase lag, not considered in older digital recursive filter (FDR as proposed by McMillen 1988) and, present into the model (FFDR proposed by Franceschi e Zardi 2003) leads for trusties estimatives, mainly for turbulent temperature spectra, which are the hardest ones for minimizing the non statinarity effects. Clearly, observing the graphical results of temperature spectra, we see that those low frequencies were better removed than the others technics, giving to spectral shape the classics espected shape. / A dinâmica da atmosfera próxima á superfície é regida por dois forçantes principais, um mecânico e outro térmico. Esses processos são responsáveis pela variabilidade dos escoamentos na baixa atmosfera e, é essa variabilidade que caracteriza a turbulência atmosférica. A presença do fenômeno de turbulência, permite distinguir uma camada do restante da atmosfera, esta é chamada de Camada Limite Atmosférica ( CLA). A importância de estudos nessa camada, está relacionada com o fato da turbulência representar um processo efetivo de transporte próximo à superfície. O tratamento adequado dos dados experimentais permite maior contabilidade, tanto qualitativa quanto quantitativas, na interpretação e entendimento desse transporte, ou seja, é necessário para uma adequada caracterização dos fluxos turbulentos. Nesta dissertação são investigadas algumas, das principais técnicas básicas, no tratamento de dados e condicionamento em séries temporais turbulentas. Os dados, experimentalmente coletados e separados em conjuntos de amostras com 27 minutos, são submetidos aos tratamentos com técnicas de média simples, média instantânea através de filtros digitais recursivos e remoção linear de tendência. Obeserva-se as implicações da aplicação destas técnicas, como cada uma delas age nas séries temporais turbulentas de temperatura e velocidade vertical do vento, apresentando e discutindo os resultados dessa aplicação, nas estimativas dos fluxos turbulentos de calor sensível através do método de Covariância dos Vórtices (MCV), e também das densidades espectrais de temperatura e velocidade vertical. Um dos grandes benefícios do estudo feito nessa dissertação, foi identificar que a correção do atraso de fase, que não era levada em consideração nos modelos de filtros digitais anteriores (FDR proposto por McMillen 1988) e, presente no modelo (FFDR Franceschi e Zardi 2003) conduz à estimativas satisfatórias, principalmente para espectros de temperatura turbulenta, que são os mais difíceis de se minimizar os efeitos de não estacionariedade. Ficou claro, observando nos resultados gráficos dos espectros, que a remoção de baixas freqüências nos espectros de temperatura, os deixou com o perfil típico de especros clássicamente esperados.

This work took place a procedure for processing the data fluxes measured by a system eddy covariance in an experimental site with representative vegetation of the Pampa biome in conjunction with measures of a meteorological station for the period 2013-11-20 to 2015-09-07. From this set of data was performed an analysis of the seasonality of surface energy fluxes and meteorological variables. The results showed that the application of different methods of corrections for the calculation of energy fluxes produces fluxes with different quality levels in relation to the energy balance closure (EBC). The slope varies up to 20% due to different combinations of corrections applied in the processing of data for calculating the average within a 30 minute interval. The correction options that showed greater sensibility were the time constant and the method of removing the turbulent fluctuations. By the diagnosis EBC has found that the change of IRGA closed path to open path improved to about 12% of the EBC, indicating a deficiency of IRGA closed path. It was also verified that the soil term (flow and storage) increased by ~ 4% EBC, indicating its importance for the natural pasture energy balance. Due to non-closure of the energy balance observed in most studies, and this also, a new method of post-closure of the energy balance was proposed, simple but careful because it is based on the quality of classification of energy fluxes (H and LE). The objective of the method is to generate a corrected series of fluxes, it is important for the calibration and validation surface models. In relation to energy partition, evapotranspiration (ET) was the predominant component, with a Fev = 61% of the available radiation and β = 51%. It varies from ~ 4 mm d-1 in the summer to ~ 1 mm d-1 in winter and is mainly controlled by atmospheric forcing (Rn, DPV, Tar) which determined its seasonal variation. In winter, its reduction was also associated with low photosynthetic activity of the vegetation. The daytime average albedo of natural grasslands of Rio Grande do Sul was 18%, with little seasonal variation. Finally, it is here suggested the inclusion of the procedures carried out in this work for the processing of data from the experimental sites SULFLUX. / Neste trabalho realizou-se um procedimento para o processamento dos dados de fluxos medidos por um sistema de covariância dos vórtices turbulentos em um sítio experimental com vegetação representativa do bioma Pampa, em conjunto com medidas de uma estação meteorológica para o período de 20/11/2013 a 07/09/2015. A partir deste conjunto de dados foi realizada uma análise da sazonalidade dos fluxos superficiais de energia e das variáveis meteorológicas. Os resultados mostraram que a aplicação de diferentes métodos de correções para o cálculo dos fluxos de energia produz fluxos com diferentes níveis de qualidade em relação ao fechamento do balanço de energia (FBE). O coeficiente angular (CA) variou até 20% em razão das diferentes combinações de correções aplicadas no processamento dos dados para o cálculo das médias num intervalo de 30 minutos. As opções de correção que mostraram maior sensibilidade foram a constante de tempo e o método de remoção das flutuações turbulentas. Pelo diagnóstico do FBE constatou-se que a mudança de IRGA caminho fechado para caminho aberto melhorou cerca de 12% o FBE, indicando alguma deficiência do IRGA caminho fechado. Também foi verificado que o termo de solo (fluxo e armazenamento) aumentou ~4% o FBE, indicando sua importância para o balanço de energia de pastagem natural. Em virtude do não fechamento do balanço de energia observado na maioria dos estudos, e neste também, foi proposto um novo método de pós-fechamento do balanço de energia, simples, mas criterioso, pois se baseia na classificação de qualidade dos fluxos de energia (H e LE). O objetivo do método é gerar uma série de fluxos corrigidas, importante para a calibração e validação de modelos de superfície. Em relação à partição da energia, a evapotranspiração (ET) foi a componente predominante, com uma Fev = 61% da radiação disponível e β = 51%. Ela variou de ~4 mm d-1 no verão para ~1 mm d-1 no inverno, sendo controlada principalmente pelas forçantes atmosféricas (Rn, DPV, Tar) que determinaram a sua variação sazonal. No inverno, a sua redução foi associada também a baixa atividade fotossintética da vegetação. O albedo médio diurno da pastagem natural do Rio Grande do Sul foi 18%, com pouca variação sazonal. Por fim, fica sugerido aqui a inserção dos procedimentos realizados neste trabalho para o processamento de dados dos sítios experimentais da SULFLUX.