A vegetação tropical é uma das maiores fontes de evapotranspiração e desempenha um papel importante na dinâmica climática global e nos processos de produtividade primária de ecossistemas terrestres, uma vez que se encontra diretamente ligada aos processos de transferência de massa e energia. Objetivou-se nesta tese de doutorado avaliar a acurácia das estimativas de ET baseadas em modelos de sensoriamento remoto quando comparadas a medições pontuais obtidas a partir de torres de fluxo e a partir do fechamento do balanço hídrico a médio e longo prazo. Foram selecionados dois modelos: para escalas locais e regionais usou-se o algoritmo SEBAL, enquanto que para escalas continentais e globais utilizou-se o algoritmo MOD16. Em relação ao algoritmo SEBAL, a metodologia empregada apresentou bons resultados tanto nas estimativas pontuais dos fluxos de calor latente quanto em relação ao fechamento do balanço hídrico em grandes áreas. Em relação ao algoritmo MOD16, verificou-se que as estimativas de evapotranspiração apresentam melhores resultados a longo prazo e em grandes áreas. As análises aqui realizadas sugerem que os algoritmos SEBAL e MOD16 podem capturar razoavelmente bem as respostas da vegetação em relação à variabilidade espacial e temporal em larga escala. Considerando que esses algoritmos podem ser aplicados desde escalas regionais até escalas globais, os resultados estão em um intervalo aceitável de acurácia, indicando um potencial significativo no monitoramento espacial e temporal do processo de ET de forma contínua e sistemática a partir de informações obtidas por sensoriamento remoto. / Tropical vegetation is a major source of global land surface evapotranspiration (ET) and plays an important role in the global climate dynamics and in the processes of primary production of terrestrial ecosystems, since it is directly linked to the mass transfer and energy balance. The aim of this doctoral thesis was to evaluate the accuracy of ET estimates based on remote sensing models when compared to measurements obtained from flux towers and hydrological models. Two algorithms were selected: for local and regional scales SEBAL was used, while for continental and global scales, MOD16 was adopted. Regarding SEBAL algorithm, the applied methodology showed that significant results were achieved in both latent heat flux and water balance over large areas. Concerning MOD16 algorithm, the research suggested that evapotranspiration estimates showed better results in the long-term and in large areas. The analysis suggests that MOD16 and SEBAL algorithms can capture reasonably well the responses of vegetation in relation to spatial and temporal variability on a large scale. Taking into consideration that these algorithms can be applied from regional to global scales, the results are in an acceptable range of accuracy, indicating a significant potential for monitoring evapotranspiration using remote sensing data.

Turbulent exchange of scalars is analyzed for a year of turbulence data, above and within an Araucaria Forest in southern Brazil. Sensible and latent heat fluxes, as well as CO2 fluxes are calculated by the eddy covariance method and analyzed in terms of the seasonal variation of their daily cycles. Diurnal and nocturnal vertical velocity spectra, sensible and latent heat flux cospectra andCO2 flux cospectra are also calculated using the multiresolution decomposition in both levels. Seasonal variations in spectra and cospectra are analyzed, as well as nocturnal and diurnal differences and the differences between the levels. Emphasis is given to the mechanisms controlling the connection between the two levels and its implications on scalar flux quantification. All scalars show a clear seasonality along the year. CO2 fluxes are negative during the day and positive at night above the canopy. In the lower level, CO2 fluxes are mostly positive along the day, with the same magnitude observed in the upper level during the night, indicating that nocturnal emission is dominated by lower levels of the forest, originated predominantly close to the floor. This fact is attributed to periods with low turbulence intensity when CO2 respired accumulates near the surface and gets transported horizontally, being captured by the lower system but missed by the upper one. Sensible heat fluxes show opposite signal in both levels, being more intense above the canopy, with a small contribution from the lower level to the total flux due the low penetration of radiation within the canopy. Latent heat fluxes are mostly positive in both levels, with the larger values above the canopy, indicating that the canopy is responsible for most of the forest evapotranspiration. Analysis of multiresolution spectra and cospectra shows that, above the canopy, the nocturnal time scale of turbulent exchange is smaller than during the day. Between the two levels, the opposite occurs, and the time scale within the canopy shifts towards the larger scales. There is a connection between the two levels, and not only in the highly turbulent nights, but also intermittently in more stable conditions. During these events of connection, the turbulence time scales above and within the canopy become very similar, and the differences in scalar concentration vanish. When calm periods precede highly turbulent ones, a good portion of scalars that accumulated at the canopy during the earlier calm period gets transferred by intermittent events. We show that this process is systematic enough to affect the overall fluxes when the turbulence history is taken into account, and the effect of this process is more intense for CO2 fluxes than for energy fluxes. / As trocas turbulentas de escalares são analisadas, para um ano de dados, acima e no interior de uma Floresta de Araucária localizada no centro-sul do estado do Paraná. Fluxos de calor sensível, calor latente e CO2 são calculados pelo método da covariância de vórtices e analisados de acordo com as variações sazonais dos seus ciclos diários. São calculados também espectros da velocidade vertical e coespectros dos fluxos de calor sensível, calor latente e CO2, para os períodos diurno e noturno, separadamente, através da decomposição em multirresolução, analisando as suas variações sazonais e as diferenças entre o período diurno e noturno e entre os níveis de análise. É dada ênfase aos mecanismos que controlam a conexão entre os níveis e as implicações nas quantificações dos fluxos de escalares. Todos os escalares mostram uma clara variação sazonal dos fluxos ao longo do ano. Fluxos de CO2 são negativos durante o dia e positivos durante a noite no nível superior. No interior do dossel, os fluxos são predominantemente positivos durante todo o dia, tendo, à noite, magnitude semelhante ao nível superior, indicando que a respiração noturna é dominada pelos níveis mais baixos da floresta, sendo predominantemente originados próximo ao solo. Este fato é normalmente atribuído aos períodos de pouca turbulência onde o CO2 respirado acumula próximo à superfície e é transportado horizontalmente, sendo registrado no nível inferior mas não acima do dossel. Fluxos de calor sensível possuem, em geral, sinal contrário em ambos os níveis, sendo mais intenso no nível superior, com uma contribuição muito pequena do interior do dossel para o fluxo total devido à pouca penetração de radiação no interior da floresta. Fluxos de calor latente foram predominantemente positivos em ambos os níveis, tendo maior intensidade no nível superior, mostrando que a copa é responsável pela maior parte da evapotranspiração da floresta. A análise dos espectros e coespectros da decomposição em multirresolução mostra que, acima do dossel, as trocas turbulentas tendem a ocorrer em escalas temporais menores à noite do que durante o dia. Entre os dois níveis ocorre o contrário, e, no interior do dossel, as escalas temporais das trocas turbulentas movem-se em direção às maiores escalas temporais em relação ao nível superior. Há um acoplamento dinâmico entre os dois níveis da floresta, e não somente durante as noites altamente turbulentas, ocorrendo também intermitentemente em condições mais estáveis. Durante os eventos de acoplamento, as escalas de tempo da turbulência entre o interior da floresta e o topo mostram-se similares, assim como as diferenças na concentração de escalares entre os dois níveis deixam de existir. Quando períodos calmos precedem períodos intensamente turbulentos, uma grande porção dos escalares acumulados no nível do dossel durante os períodos de pouca atividade turbulenta pode ser transferida por estes eventos intermitentes. Foi mostrado que este processo é sistemático o suficiente para afetar os fluxos médios quando a história da turbulência é considerada, e o efeito deste processo é mais intenso para os fluxos de CO2 do que para os fluxos de energia.

Les milieux complexes sont une source d'incertitude importante notamment lorsqu'il s'agit de développer des modèles climatique ou météorologique. Le développement de la couche limite atmosphérique à l'intérieur d'une vallée encaissée, incluant des vents de vallée et de pente, n'est, par exemple, pas résolu, ce qui a un impact considérable sur la prévision de la convection, du transport de polluants, etc... La simulation des grandes échelles de la turbulence (SGE) est un outil qui a montré sa capacité à reproduire finement les structures turbulentes dans ce type de contextes au travers des approches idéalisées. L'extension de la SGE aux milieux naturels est réalisée dans cette thèse qui s'articule en trois parties. La première partie présente les équations et les notions nécessaires à la compréhension des problèmes de turbulence dans la couche limite atmosphérique. On s'attache à décrire le cadre des lois issues de la théorie des similitudes et le cadre de la turbulence optique. La seconde partie présente des résultats issus de deux simulations idéales dans lesquelles nous comparons les résultats issus de la simulation avec d'une part les lois issues de la théorie des similitudes et d'autre part les données radar disponible lors de la campagne IHOP. L'utilisation d'un maillage raffinée près du sol permet d'améliorer les profils verticaux des champs turbulents en améliorant la prédiction des gradients à l'interface sol/atmosphère. De plus, le profil de couche limite est bien reproduit par les profils du paramètre de structure des fluctuations de l'indice de réfraction de l'air simulé si on compare avec les résultats issus du radar. Globalement, la dynamique des champs turbulents résolus par le modèle reproduise une dynamique et des ordres de grandeurs corrects conformes à nos attentes. Une fois l'évaluation du modèle effectuée, une simulation a été mise en place autour de la campagne d'observation VOTALP située dans le sud de la Suisse. Cette simulation comprend 5 domaines emboités allant de 16 kms de résolution horizontales pour le plus grand domaine à 100m pour le plus petit domaine. L'important dispositif déployé durant la campagne VOTALP située dans une vallée dans le sud de la Suisse a permis de confronter les résultats issus de la modélisation à haute résolution avec ces données d'observation. Les résultats obtenus ont, entre autre, montré que la simulation à haute résolution est un outil adapté pour l'étude des phénomènes de basses couches et notamment la turbulence optique en milieu complexe. / Complex environments are an important source of uncertainty especially when it comes to developing climate models and weather. The development of the atmospheric boundary layer within a valley, including valley and slope winds is, for example, unresolved, which has a significant impact on the prediction of convection, of transport of pollutants, etc ... The large eddy simulation of turbulence (LES) is a tool that has demonstrated its ability to reproduce turbulent structures in such idealized contexts. The extension of the LES to natural environments is performed in this thesis divided into three parts. The first part presents the equations and the concepts necessary to understanding the problems of turbulence in the atmospheric boundary layer. It attempts to describe the laws for the similarity theories and the context of optical turbulence. The second part presents the results of two ideals simulations and we compare the results of the simulation with one hand the laws of the similarity theories and in other hand with radar data available in the IHOP campaign. The use of a refined mesh near the floor improves vertical profiles of turbulent fields improving prediction gradients at the interface soil / atmosphere. In addition, the boundary layer profile seems to be well reproduced by Cn2 profiles when compared with the results from the radar. Overall, the dynamics of turbulent fields solved are in good agreement with our expectations. Once the model evaluation performed, a simulation was set up around the measurement campaign VOTALP located in the south of Switzerland. This simulation includes five nested domains ranging from 16 km horizontal resolution for the largest to 100m for the smallest area. The important device deployed during the campaign VOTALP located in a valley in southern Switzerland has to confront the results of modeling the high-resolution observational data. The results obtained, among others, showed that the high-resolution simulation is a suitable tool for the study of the phenomena of lower layers including optical turbulence in complex environments.

Carbon dioxide and Radon nocturnal vertical accumulations over a pasture site at the Amazon region are investigated. The site is characterized by a strong thermal stability along the night, which is responsible for suppressing a good portion of the local turbulent mixing. Therefore, it is problematic to use techniques such as the eddy covariance for estimating nocturnal turbulent fluxes. The analysis considers the seasonal variation of the averaged nocturnal profiles between the wet season, from January to June and the dry season, from July to December. Radon profiles are analyzed with the purpose of helping to understand the physical processes affecting CO2 profiles, by comparing them to an independent and inert scalar. The analysis also considers the prevailing nocturnal wind direction. Results indicate that there is a large difference between CO2 fluxes and vertical gradients from one season to the other. Nocturnal CO2 vertical gradients between the two uppermost levels at the micrometeorological tower are often positive, indicating that the concentration increases with height. Such inversions are rarely observed on the Radon profiles, which follow the canonical form of a monotonical decrease with height. At the dry season, gradient inversions are more frequent and are, in general, associated to a direction inversion of the turbulent vertical CO2 flux, indicating that there is a downward vertical transport of this scalar at the measurement level. It causes flux convergence and an intense accumulation just above the surface. A cospectral analysis shows that such downward transport happens on the largest temporal scales of the motion, suggesting that it is associated to exchange between the surrounding forest and the pasture, in the form of mesoscale fluxes. Seasonally averaged behavior is well defined and uniform along the night, but case studies show that the processes are dominated by specific intense events. Radon fluxes measured during experimental field campaigns are used to estimate CO2 fluxes from the relationship between the vertical gradients of both scalars on six nights, three on each season. The comparison to the eddy covariance fluxes is satisfactory during the wet season, but poor during the dry season and the motives for that are discussed. / As acumulações verticais noturnas de dióxido de Carbono e de Radônio são investigadas em um sítio de pastagem na região Amazônica. Este sítio é caracterizado por forte estabilidade térmica durante a noite, que suprime uma boa porção da mistura turbulenta local, de forma que técnicas como a covariância dos vórtices apresentam dificuldades para a estimativa de fluxos turbulentos noturnos. A análise considera a variação sazonal dos perfis médios noturnos entre a estação úmida, de janeiro a junho e a seca, de julho a dezembro. Perfis de Radônio são analisados com o objetivo de se entender os processos que afetam os perfis de CO2 ao se comparar com um escalar independente e inerte. A análise também considera a direção do vento predominante durante a noite. Os resultados indicam que há uma grande diferença entre os fluxos e gradientes noturnos de CO2 entre as duas estações. Os gradientes verticais noturnos de CO2 entre os dois níveis mais altos da torre micrometeorológica freqüentemente são positivos, indicando aumento da concentração com a altura. Tais inversões são observadas com muito menos freqüência nos perfis de Radônio, que seguem a forma canônica de diminuição monotônica com a altura. Na estação seca as inversões de gradiente são mais freqüentes e estão, em geral, associadas à inversão da direção do fluxo vertical turbulento de CO2, indicando que no nível de medida há um transporte vertical para baixo deste escalar, o que proporciona convergência de fluxos e intensa acumulação junto à superfície. Uma análise coespectral mostra que este transporte para baixo ocorre nas maiores escalas temporais do movimento, sugerindo que esteja associado com transferências entre a floresta vizinha e a pastagem, na forma de fluxos de mesoescala. Os comportamentos médios sazonais são bem definidos, e uniformes ao longo da noite, mas estudos de caso mostram que estes processos são dominados por eventos específicos. Os fluxos de Radônio medidos em campanhas experimentais são utilizados para estimar os fluxos de CO2 através da relação entre os gradientes entre os dois escalares em seis noites, três em cada estação. A comparação com os fluxos determinados pela covariância dos vórtices é satisfatória na estação úmida, mas ruim na estação seca e os motivos são discutidos.

O aquecimento global é considerado um dos mais sérios problemas ambientais da atualidade mundial e suas consequências afetam de maneira severa diversos biomas já ameaçados, principalmente em ecossistemas tropicais. O estado de conservação de todos os biomas brasileiros é uma questão de grande preocupação e por esta razão, a Mata Atlântica, um dos ecossistemas florestais que mais sofreu redução em seu vasto domínio, ainda é um bioma extremamente rico em biodiversidade, com altos níveis de endemismo, apesar do intenso desmatamento e fragmentação. Diante de sua importância biogeoquímica, os objetivos principais do presente estudo foram compreender de que maneira o fenômeno de elevação da temperatura global afeta as emissões naturais de gases de efeito estufa (GEE) provenientes do solo e de que modo o acréscimo da temperatura influencia na ciclagem de nutrientes como carbono e nitrogênio. Para isso, o solo foi aquecido artificialmente em 5ºC para se avaliar o comportamento das emissões sob maiores temperaturas. O estudo foi realizado no Parque Estadual da Serra do Mar, no Núcleo Santa Virgínia, onde predomina a formação de Floresta Ombrófila Densa Altimontana. As amostras foram coletadas quatro vezes ao ano em campanhas de 10 dias, durante os meses de setembro e novembro de 2009 e janeiro e agosto de 2010. O sistema de aquecimento funcionou de maneira satisfatória como esperado e o aumento da temperatura ocorreu por radiação térmica de maneira lenta e gradativa. O aumento da temperatura não resultou em diferenças significativas na umidade do solo para os diferentes tratamentos. O aquecimento resultou em um aumento expressivo das emissões de CO2 e N2O, porém não apresentou diferenças para os fluxos de CH4. O aumento do fluxo dos gases pode representar uma tendência da diminuição do estoque (substrato) de carbono disponível no solo ao longo do tempo. A variação de CO2 a curto prazo pode ter sido consequência do aumento da respiração radicular e de heterótrofos presentes na rizosfera. Para o N2O a maior temperatura pode ter intensificado o metabolismo da microbiota desnitrificadora, resultando assim em maiores emissões de N2O para a atmosfera. O consumo de CH4 não apresentou diferenças significativas durante os períodos amostrados. Estudos que manipulam a temperatura do solo permitem um maior conhecimento dos processos envolvidos na emissão de gases pela atividade microbiana, mas infelizmente não permitem uma conclusão precisa a respeito do comportamento do sistema solo-atmosfera por completo devido aos inúmeros fatores que afetam esses processos de maneiras distintas. É preciso aprofundar nossos conhecimentos da dinâmica desses processos para um melhor entendimento de como a futura interação do ciclo global do C responderá às mudanças climáticas, e como será possível antecipar os efeitos negativos dessas interações que ocorrem na natureza, principalmente entre o C e o N do solo e da atmosfera. / The global warming is considered one of the most serious environmental problem of nowadays and its severe consequences affects already threatened biomes, particularly in tropical ecosystems. The conservation status of all biomes is a matter of great concern, and for this reason, the Atlantic forest, one of the most threatened ecosystems of the Planet, is still extremely rich in biodiversity, with high endemic levels, despite the intense deforestation and fragmentation. Given its biogeochemistry importance, the main objectives of this study were to understand how the phenomenon of rising global temperatures affects natural emissions of greenhouse gases (GHG) from soil, and how the warming influences the cycling of nutrients such as carbon and nitrogen. For this, the soil was artificially heated at 5ºC to evaluate the emissions response at higher temperatures. The study was conducted at Serra do Mar State Park Núcleo Sta. Virgínia, were the formation of montane Rain Forest predominates. Gas samples were collected four times a year on 10 days campaigns during the months of September and November 2009 and January and August 2010. The heating system worked satisfactorily as expected and the temperature was increased by thermal radiation in a slow and gradual way. The temperature increase resulted in no significant differences in soil moisture for the different treatments. The higher temperature resulted in a significant increase in emissions of CO2 and N2O, but no difference was noticed to the flows of CH4. The higher emissions of gases may represent a trend of decrease in the pool of readily available carbon in the soil over time. The short-term variation of CO2 may have been a consequence of increased root respiration and heterotrophic microbiota in the rhizosphere. For the N2O results, the temperature may have enhanced the metabolism of denitrifying microbiota, thus resulting in higher emissions of N2O to the atmosphere. The consumption of CH4 showed no significant differences during the studied periods. Studies that manipulate the soil temperature allow a better understanding of the involved processes in the emission of gases by microbial activity, but unfortunately do not allow a precise conclusion about the response of the soilatmosphere system altogether because there are many factors that affects these processes in distinct ways. We need to further improve our knowledge on the dynamics of these processes for a better understanding of how the future interaction between the global carbon cycle responds to climate change, and how we anticipate the negative effects of those interactions that occur in nature, mainly between C and N present in the soil and in the atmosphere

A vegetação tropical é uma das maiores fontes de evapotranspiração e desempenha um papel importante na dinâmica climática global e nos processos de produtividade primária de ecossistemas terrestres, uma vez que se encontra diretamente ligada aos processos de transferência de massa e energia. Objetivou-se nesta tese de doutorado avaliar a acurácia das estimativas de ET baseadas em modelos de sensoriamento remoto quando comparadas a medições pontuais obtidas a partir de torres de fluxo e a partir do fechamento do balanço hídrico a médio e longo prazo. Foram selecionados dois modelos: para escalas locais e regionais usou-se o algoritmo SEBAL, enquanto que para escalas continentais e globais utilizou-se o algoritmo MOD16. Em relação ao algoritmo SEBAL, a metodologia empregada apresentou bons resultados tanto nas estimativas pontuais dos fluxos de calor latente quanto em relação ao fechamento do balanço hídrico em grandes áreas. Em relação ao algoritmo MOD16, verificou-se que as estimativas de evapotranspiração apresentam melhores resultados a longo prazo e em grandes áreas. As análises aqui realizadas sugerem que os algoritmos SEBAL e MOD16 podem capturar razoavelmente bem as respostas da vegetação em relação à variabilidade espacial e temporal em larga escala. Considerando que esses algoritmos podem ser aplicados desde escalas regionais até escalas globais, os resultados estão em um intervalo aceitável de acurácia, indicando um potencial significativo no monitoramento espacial e temporal do processo de ET de forma contínua e sistemática a partir de informações obtidas por sensoriamento remoto. / Tropical vegetation is a major source of global land surface evapotranspiration (ET) and plays an important role in the global climate dynamics and in the processes of primary production of terrestrial ecosystems, since it is directly linked to the mass transfer and energy balance. The aim of this doctoral thesis was to evaluate the accuracy of ET estimates based on remote sensing models when compared to measurements obtained from flux towers and hydrological models. Two algorithms were selected: for local and regional scales SEBAL was used, while for continental and global scales, MOD16 was adopted. Regarding SEBAL algorithm, the applied methodology showed that significant results were achieved in both latent heat flux and water balance over large areas. Concerning MOD16 algorithm, the research suggested that evapotranspiration estimates showed better results in the long-term and in large areas. The analysis suggests that MOD16 and SEBAL algorithms can capture reasonably well the responses of vegetation in relation to spatial and temporal variability on a large scale. Taking into consideration that these algorithms can be applied from regional to global scales, the results are in an acceptable range of accuracy, indicating a significant potential for monitoring evapotranspiration using remote sensing data.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2015-11-26T11:30:41Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Arielle Elias Arantes -2015.pdf: 3887062 bytes, checksum: 7a0abb81f47daa3a2cac3f3c03fe9694 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-27T07:10:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Arielle Elias Arantes -2015.pdf: 3887062 bytes, checksum: 7a0abb81f47daa3a2cac3f3c03fe9694 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-27T07:10:12Z (GMT). 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Along the 13 years under analysis, for all vegetation types the mean wet season duration varied from eight to nine months, while the growing season lasted seven to eight months. The mean start of the wet and growing seasons were very close for all land cover types during these 13 years, with the start of the wet season in August or September (with the exception of 2002 and 2007), and the start of the growing season in September or October. The mean end of the wet and growing seasons occurred in April or May and in May or June, respectively. The start, the end, and the duration of the wet and the growing seasons varied according to rainfall volume and distribution, which are affected by the El Niño and La Niña phenomena. For example, during El Niño years, the start of the wet season occurred earlier in August, and the duration of the wet season was longer than eight months. If followed by a La Niña, the start of the growing season of the vegetation occurred later in October and the duration of the season was shorter than eight months. In addition to the rainfall variability (El Niño and La Niña) and the type of vegetation (natural or anthropic grasslands), the start, the end, and the duration of the wet and growing seasons are also affected by the spatial variation (latitude and longitude). Considering the spatial variation of the start of the wet and growing seasons, the beginning was earlier in the southern portion of the Cerrado biome, in August-September and September-October, and later in the north, in November-December and October-December, respectively. The end of the season showed the same behavior, i.e. an earlier end (March-April) in the southern portion for the wet and growing seasons, while much later in the northern portion (June-July). Regarding the seasonal and phenological behavior of the different vegetation types, the green-up for all Cerrado physiognomies started in mid-September to the end of October, at the onset of the rainy season, reaching peak values from December through January, and a gradual senescence, starting as early as March or April. The total Cerrado growing season biomass for 2002 was 28 gigatons of carbon and the evapotranspiration was 1336 gigatons of water. A sample-based response associated with the area occupied by each vegetation type showed that pasture and cropland had 52% and 22% less NPP and ET than natural landscapes. The mean growing season evapotranspiration and biomass for 2002 was 576 Gt of water and 12 Gt of carbon for pasture and croplands compared to 760 Gt of water and 16 Gt of carbon for the Cerrado natural vegetation. Considering a modeled future scenario (year 2050), the ET flux from natural Cerrado vegetation was 394 Gt less than in 2002 and 991 Gt less than in a potential scenario, characterized with only natural vegetation, while the carbon was eight Gt less than in 2002 and 21 Gt less than in a pre-conversion Cerrado (potential scenario). In 2050, the sum of the pasture and cropland ET fluxes increased by 405 Gt, relative to 2002, and the carbon by 11 Gt. At last, the different land use scenarios showed that the deforestation impact until now in the fluxes of evapotranspiration and in the biomass were greater than the future scenario. / A savana Brasileira (conhecida como o Cerrado) é um bioma de terras altas, formado por várias fitofisionomias de vegetação herbácea à arbórea. Neste trabalho, dados de vigor vegetativos (EVI), precipitação (PPT) e evapotranspiração (ET), para o período de 2000 a 2012, foram analisados com o intuito de compreender a fenologia das principais paisagens naturais e antrópicas do Cerrado, assim como a sua relação com a precipitação e a produtividade primária líquida (NPP), a biomassa e os fluxos de evapotranspiração, de acordo com diferentes cenários de cobertura e uso da terra. Nos 13 anos de análises, para todos os tipos de vegetação, a média da duração da estação chuvosa variou de oito a nove meses, enquanto a estação de crescimento durou de sete a oito meses. As médias do início da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação foram próximas para os principais tipos de vegetação do cerrado, com o início da estação chuvosa em Agosto ou Setembro (com exceção dos anos de 2002 e 2007) e da estação de crescimento em Setembro ou Outubro. As médias do fim da estação chuvosa e da estação de crescimento ocorreram em Abril ou Maio e em Maio ou Junho, respectivamente. O início, o fim e a duração da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação variaram conforme a quantidade e a distribuição da precipitação, a qual é afetada pelo fenômeno do El Niño e da La Niña. Por exemplo, durante anos de El Niño, o início da estação chuvosa ocorreu precocemente (em Agosto) e a sua duração foi superior a oito meses. Quando seguido por um La Niña, o início da estação de crescimento ocorreu mais tarde e a duração da estação foi inferior a oito meses. Além da variabilidade das chuvas (El Niño e La Niña) e do tipo de vegetação (gramíneas naturais ou antrópicas), o início, o fim e a duração da estação chuvosa e de crescimento da vegetação também são afetados pela variação espacial (latitude e longitude). Considerando a variação espacial do início da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação, o começo foi mais cedo na porção sul do bioma Cerrado, em Agosto-Setembro e Setembro-Outubro, e mais tarde no norte, em Novembro-Dezembro e Outubro-Dezembro, respectivamente. O fim da estação teve o mesmo comportamento, com um fim mais cedo na porção sul, em Março-Abril, e mais tarde na porção norte, em Junho-Julho. Com relação ao comportamento sazonal e fenológico dos diferentes tipos de vegetação, a rebrota de todas as fitofisionomias de Cerrado começou em meados de Setembro até o fim em Outubro, com o início da estação chuvosa, atingindo os valores máximos em Dezembro a Janeiro; a senescência foi gradual, começando cedo (Março ou Abril). A biomassa total do Cerrado durante a estação de crescimento para 2002 foi 28 gigatoneladas (Gt) de carbono e a evapotranspiração foi 1336 Gt de água. A resposta baseada nas amostras associada com a área ocupada por cada tipo de vegetação mostra que a pastagem e a agricultura tiveram 52% e 22% menos NPP e ET do que as paisagens naturais. A média da evapotranspiração e da biomassa da estação de crescimento para 2002 foi de 576 Gt de água e de 12 Gt de carbono para a pastagem e agricultura, e de 760 Gt de água e a 16 Gt de carbono para a vegetação natural de Cerrado. Considerando o cenário futuro modelado para o ano de 2050, o fluxo de ET da vegetação natural foi 394 Gt menor do que em 2002 e 991 Gt menor do que no cenário potencial, caracterizado com apenas vegetação natural, enquanto o carbono foi 8 Gt menor do que 2002 e 21 Gt menor do que no cenário de pré-conversão do Cerrado (cenário potencial). Em 2050, a soma dos fluxos de ET da pastagem e agricultura aumentou em 405 Gt, relativamente a 2002, e o carbono em 11 Gt. Em fim, os diferentes cenários de uso da terra mostraram que o impacto do desmatamento até os dias de hoje nos fluxos de evapotranspiração e na biomassa foram maiores do que o cenário futuro.

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No. of bitstreams: 1 Dissertação - Liz Stefanny Hidalgo Sánchez.pdf: 8247336 bytes, checksum: 63ac2a1d6ab16326024e81d93ab233d6 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The current work studies the space-time variety of dissolved inorganic material (Ca2+, Na+, K+, Mg2+, Cl-, SO4 -2, HCO3 - e SiO2) in 6 hydrological stations of the ORE-HYBAm network, which is located in the Amazon basin (Tabatinga-Nazareth, Manacapuru and Óbidos in the Solimões-Amazonas river; Porto Velho and Borba-Fazenda Vista Alegre in the Madeira river; and Lábrea in the Purús river). In the Solimões-Amazonas river, concentrations of Ca2+, Mg2+, HCO3 - e SO4 -2 have heterogeneous distribution and do not exhibit seasonality; because of the correlation among their concentrations, it is suggested that they own similar mobilization dynamic. This correlation is also observed between the Madeira and Purús rivers. However, in these rivers, the mentioned ions show seasonal chemical variability and reversely proportional to caudal (dilution-concentration effect). This behavior is observed to Cl- and Na+ in the stations of the Solimões -Amazonas y Madeira rivers, which means the liberation of an almost constant flow during the hydrological cycle. Meanwhile, K+ and SiO2 own constant concentrations along the years and among the stations, indicating that their flows are dependent on the caudal. It also can be identified that in the distribution of flows of Ca2+, Mg2+, HCO3 and SO4 -2, in the Solimões-Amazonas river, hydroclimatic factors as well as the heterogeneity of the sources (ex. carbonates, silicates) are involved. In the Madeira and Purus rivers there is less influence of these factors, which indicates greater contribution of the silicates with weathering slower than carbonates. Therefore, the geology and hydroclimatic factors influence in the distribution of the flows of dissolved inorganic material in the Amazon basin. But as the Solimões basin contributes approximately 84% of the total flux of dissolved materials in the basin and is under hydroclimatic factors influence, one can say that the temporal variability of this factor controls the temporal flows of dissolved material in the Amazon basin. This research has importance to the understanding of the geochemical process in the Amazon basin, as well as to provide a basis to future studies. / O presente trabalho estuda a variabilidade espaço-temporal da composição química do material inorgânico dissolvido (Ca2+, Na+, K+, Mg2+, Cl-, SO4 -2, HCO3 - e SiO2) nas águas de seis estações hidrológicas da rede ORE-HYBAM na bacia Amazônica (Tabatinga- Nazareth, Manacapuru e Óbidos no rio Solimões Amazonas; Porto Velho e Borba-Fazenda Vista Alegre no rio Madeira e Lábrea no rio Purus). Nas estações do rio Solimões e Amazonas as concentrações de Ca2+, Mg2+, HCO3 - e SO4 -2, têm distribuição heterogênea ao longo dos oito anos estudados e não apresentam sazonalidade. Entretanto nas estações do rio Madeira esses íons mostram variabilidade química sazonal e inversamente proporcional à vazão (efeito diluição-concentração). Este mesmo comportamento é observado para Cl- e Na+ nas estações do rio Solimões-Amazonas e Madeira o que indica a liberação de um fluxo quase constante ao longo do ciclo hidrológico. K+ e SiO2, apresentam concentrações quase constantes ao longo dos anos e entre as estações, indicando que seus fluxos dependem da variabilidade da vazão. Identifica-se também que na distribuição dos fluxos de Ca2+, Mg2+, HCO3 - e SO4 -2 nas estações do rio Solimões e Amazonas intervém tanto fatores hidrológicosclimáticos como a heterogeneidade das fontes (ex. carbonatos, silicatos). No Madeira e Purus, há menor influência destes fatores, o que evidencia maior aporte dos silicatos com intemperismo mais lento que os carbonatos. Portanto, a geologia e os fatores hidroclimáticos influenciam a distribuição dos fluxos de material dissolvido. Porém como a bacia do Solimões aporta aproximadamente 84% do fluxo total de material dissolvido na bacia e está sob influência, principalmente do fator hidroclimático, pode-se dizer que a variabilidade temporal desse fator controla a temporalidade dos fluxos de material dissolvido na bacia amazônica. Este estudo tem importância para o entendimento do processo geoquímico na bacia amazônica, além de servir de linha base para futuros estudos.

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.

RALFs são peptídeos hormonais de aproximadamente 5kD que regulam negativamente o alongamento celular. Dentre suas atividades biológicas, a alcalinização do meio extracelular e a inibição do alongamento celular são tidas como associadas, pois a acidificação do meio extracelular é necessária para a expansão celular. A atividade de alcalinização e a de inibição do crescimento são medidas em dois ensaios distintos: o ensaio de alcalinização do meio extracelular de células em suspensão e o ensaio do crescimento de raiz primária de plantas jovens. Buscando-se fazer ambas as avaliações da inibição da expansão celular e da alcalinização em um único modelo de estudo, tomou-se como medida da expansão celular o volume das células decantadas (VCD). Quando o tampão MES ou o pré-tratamento com \"Fusicoccin\" foi utilizado para se atenuar o efeito de alcalinização do AtRALF1, verificou-se que o efeito de inibição do alongamento celular não sofreu alteração. Em arabidopsis são encontrados nove peptídeos RALF, que apresentam alta similaridade com o RALF original de tabaco. Com exceção do AtRALF4, todos são capazes de alcalinizar o meio extracelular e inibir raízes. A comparação da estrutura primária do AtRALF4 com os demais RALFs mostra que poucos resíduos são distintos entre eles, sugerindo que estes possam ser os determinantes das atividades de inibição e alcalinização. A alteração de um destes resíduos, AtRALF4(N92A), é capaz de restaurar a capacidade do AtRALF4 de inibir as raízes sem, no entanto, recuperar a atividade de alcalinização. Quando três outros resíduos exclusivos do AtRALF4 foram substituídos pelos seus correspondentes do AtRALF1, observa-se uma restauração parcial da alcalinização, desta vez, sem alterar a capacidade de inibir as raízes. Recentemente, foi mostrado pelo nosso grupo que o peptídeo AtRALF1 induz a expressão de genes relacionados ao rearranjo da parede celular. Quando verificado por PCR quantitativa, contatou-se que somente os peptídeos mutantes que apresentam atividade de inibição do crescimento são capazes de promover uma indução semelhante. Ainda, utilizando gel indicador de pH, verificou-se que plantas transgênicas super-expressando AtRALF1 (35S:AtRALF1) acidificam o meio durante seu crescimento de maneira semelhante a plantas selvagens. O peptídeo de defesa AtPEP1, a exemplo dos peptídeos RALF, também promove a alcalinização do meio extracelular. A utilização de drogas para reproduzir ou atenuar o efeito de alcalinização promovido por este peptídeo sugere que a expressão dos genes responsivos a AtPEP1 também não está relacionada à alteração na atividade das próton-ATPases. Finalmente, quando mutantes para ambos os receptores de AtPEPs foram utilizados (atpepr1/r2) em gel indicador de pH, verificou-se que estes alcalinizam o pH da rizosfera na presença do peptídeo. Nossos dados somados sugerem uma dissociação das atividades biológicas de alcalinização do meio extracelular e de inibição da expansão celular. A alteração na atividade das próton-ATPases pode não ser apenas uma mensagem secundária do efeito biológico, mas sim outra fonte de informação independente e ainda pouco explorada como tal. / RALFs are 5kD peptide hormones that negatively regulates cell expansion. Among the biological activities of the RALF peptide, the extracellular alkalinization and cellular expansion inhibition were previously suggested to be associated, once the extracellular acidification is required to cell expansion. Usually, the alkalinization and cell expansion inhibition activities are evaluated in two different assays, the cell suspension medium alkalinization and the plantlet root growth inhibition. We manage to set an assay in which both cell expansion inhibition and extracellular alkalinization activities could be evaluated. Using the package suspension cell volume through decantation as a value of cell expansion, we evaluated the relation between alkalinization and cell expansion inhibition in different conditions. When the MES buffer or the pre-treatment with Fusicoccin was used to arrest the AtRALF1 extracellular alkalinization, the package cell volume inhibition activity was not affected. There are 9 RALF peptides encoded in arabidopsis plants that are closely related with the first isoform isolated from tobacco. With exception of the AtRALF4, all those isoforms are able to alkalinize the extracellular medium and arrest root growth. Comparing the AtRALF4 with other eight isoforms, we verified that are few different amino acids between them, suggesting that those amino acids could be essential for the biological activities. The rescue of one of those amino acids, AtRALF4(N92A), was able to regain the root growth inhibition activity of the AtRALF4 peptide, although the extracellular alkalinization activity was not restored. When three other AtRALF4 amino acids were substituted by their AtRALF1 correspondent, there is a partial rescue of the extracellular alkalinization activity, but no alterations in the root growth inhibition. We had recently shown that the AtRALF1 peptide induces the expression of genes related to cell wall rearrangement. The quantitative PCR analyses demonstrates that only the mutant peptides that are able to arrest root growth are also able to induce the gene expression. When submitted to a pH indicator, it was verified that AtRALF1 overexpressing plants acidifies it during its growth, as much as wild type plants.The defense peptide AtPEP1, similarly of AtRALF1, also triggers extracellular alkalinization. The use of proton-pump chemical modulators to simulate or arrests AtPEP1 extracellular alkalinization activity suggests that the gene expression of the AtPEP1-responsive genes is not related to changes in plasma membrane proton pump activity. Finally, when double mutants for both the AtPEP1 receptors (atpepr1/r2) were submitted to a pH gel indicator, it was seen that they alkalinize the rhizosphere pH in the presence of the AtPEP1 peptide. Our data suggests that the extracellular alkalinization and arrest of cell expansion activities are dissociated. The proton pump modulation activity may not be only a secondary messenger, but another source of information independent and yet to be explored.