MENVSC (Climatology) / Department of Geography and Geo-Information Sciences / Subtropical anticyclones locate and modulate weather and climate over subtropical belts for both the Northern and Southern Hemispheres. This study investigates the spatio-temporal variability of the Mascarene High over the South Indian Ocean on (anomalous) weather and climate over southern Africa at intraseasonal, seasonal, interannual, multidecadal and event time-scales. The Mascarene High is located 25-35°S, 40-110°E, playing a vital role in day-to-day weather and climate patterns conditions over southern Africa. Spatio-temporal characteristics of the Mascarene High investigated in this study span the period 1985-2014 and 2071-2100, using NCEP-NCAR reanalysis datasets for present-day climate observations and the Conformal-Cubic Atmospheric Model (CCAM) for future projections. The Mascarene High is analysed using mean sea level pressure (MSLP) extracted from ECMWF ERA-interim monthly reanalysis data. The Mascarene High is also subjected to Principal Components Analysis, depicting eastern displacements of the weather system to be dominant for weather and climate fluctuations over southern Africa. The Mascarene High migrates south (north) during austral summer (winter) and is centred over the eastern Indian Ocean in summer in connection with the Indian Ocean Subtropical Dipole. Event scale analysis is also employed for investigating Mascarene High blocking and induced anomalous weather. Mascarene High blocking leads to anomalous rainfall events over southern Africa associated with tropical cyclones, cut-off lows and cloud bands. There is also a vital geographical variability of the Mascarene High development, distribution and movement in the South Indian Ocean at the different time-scales. Projections of the Mascarene High indicate a shift in mean location as a result of future expansion and intensification. This projected expansion and intensification is expected to shift tropical cyclone trajectories equatorward, with the baroclinic structure of cold fronts expected to shift poleward affecting changes in the weather and climate of southern Africa. This finding is important as it projects changes in weather and climate conditions over southern Africa in a changing climate due to increased greenhouse gas emissions.

Este trabalho teve como objetivo investigar processos de interação ar-mar na porção leste da América do Sul e Oceano Atlântico adjacente ao longo do Holoceno (últimos 12.000 anos). Para isso, os efeitos de forçantes naturais sobre a variabilidade climática foram investigados em três escalas temporais: (i) milenar-centenária: efeitos de pulsos de degelo no Oceano Atlântico, e de variações nas forçantes solar e orbital sobre o modo dipolar subtropical do Atlântico sul e consequências sobre a precipitação, durante o Holoceno; (ii) cenário médio: efeitos de diferenças na forçante orbital em relação ao clima presente sobre a precipitação média no continente, durante o Holoceno médio (6.000 anos atrás), por meio de uma compilação de dados paleoclimáticos inédita para esse período, e comparação com resultados de simulações numéricas; (iii) multidecadal: efeitos de variações na forçante vulcânica ao longo do último milênio (850 a 1850 da Era Comum) sobre a variabilidade do modo equatorial do Atlântico e consequências sobre a precipitação na América do Sul. Os resultados mostraram efeitos dos eventos de rápido resfriamento do Hemisfério norte na variabilidade do modo dipolar subtropical do Atlântico sul, com consequências principalmente sobre a precipitação do Nordeste do Brasil. O cenário médio para o Holoceno médio apontou déficit hídrico na porção leste da América do Sul durante esse período, relacionado com menor quantidade de insolação de verão recebida pelo Hemisfério sul. A dificuldade na coleta de testemunhos marinhos foi identificada como um dos principais limitantes em estudos paleoclimáticos. O vulcanismo explosivo observado no último milênio resfriou a região tropical no ano da erupção, e enfraqueceu a relação entre a precipitação na porção leste da América do Sul e o modo equatorial do Atlântico. Finalmente, a presente tese demonstrou, por meio de comparações dados-modelo, a importância do Oceano Atlântico no regimes de chuva da América do Sul em diversas escalas temporais para climas onde a forçante antropogênica era pouco significativa. 195 pp. / This work investigates the air-sea interaction processes in eastern South America and the adjacent Atlantic Ocean for the Holocene (past 12,000 years). The effects of the natural forcings on climate variability were investigated in three time-scales: (i) millennial-to-centennial: effects of Atlantic meltwater pulses and changes in the solar and orbital forcings on the South Atlantic subtropical dipole, and rainfall impacts during the Holocene; (ii) mid-Holocene scenario: effects of changes in the orbital forcing, in comparison to the present-day conditions, on mean precipitation over the continent, during the mid-Holocene (6,000 years ago). This was achieved through an unpublished multiproxy compilation and comparison with numerical experiments; (iii) multidecadal: effects of changes in the volcanic forcing along the past millennium (850 to 1850 Common Era) on the variability of the Atlantic equatorial mode and consequences on precipitation over South America. Results show effects of the Northern Hemisphere cooling events on the variability of the South Atlantic subtropical dipole, with impacts mainly over Northeastern Brazil\'s rainfall. The mid-Holocene scenario results indicate a water deficit in eastern South America during this period related to a decrease in Southern Hemisphere summer insolation. The difficulty in marine cores sampling is identified as one of the main problems in current paleoclimate studies. The explosive volcanism observed during the past millennium cooled the tropical regions at the year of the volcanic eruption, and weakened the relation between the precipitation in eastern South America and the Atlantic equatorial mode. This thesis shows through data-model approaches the importance of the Atlantic Ocean on South America precipitation regimes in the climate timescales where the anthropogenic forcing was not so relevant. 195 pp.

Este trabalho teve como objetivo investigar processos de interação ar-mar na porção leste da América do Sul e Oceano Atlântico adjacente ao longo do Holoceno (últimos 12.000 anos). Para isso, os efeitos de forçantes naturais sobre a variabilidade climática foram investigados em três escalas temporais: (i) milenar-centenária: efeitos de pulsos de degelo no Oceano Atlântico, e de variações nas forçantes solar e orbital sobre o modo dipolar subtropical do Atlântico sul e consequências sobre a precipitação, durante o Holoceno; (ii) cenário médio: efeitos de diferenças na forçante orbital em relação ao clima presente sobre a precipitação média no continente, durante o Holoceno médio (6.000 anos atrás), por meio de uma compilação de dados paleoclimáticos inédita para esse período, e comparação com resultados de simulações numéricas; (iii) multidecadal: efeitos de variações na forçante vulcânica ao longo do último milênio (850 a 1850 da Era Comum) sobre a variabilidade do modo equatorial do Atlântico e consequências sobre a precipitação na América do Sul. Os resultados mostraram efeitos dos eventos de rápido resfriamento do Hemisfério norte na variabilidade do modo dipolar subtropical do Atlântico sul, com consequências principalmente sobre a precipitação do Nordeste do Brasil. O cenário médio para o Holoceno médio apontou déficit hídrico na porção leste da América do Sul durante esse período, relacionado com menor quantidade de insolação de verão recebida pelo Hemisfério sul. A dificuldade na coleta de testemunhos marinhos foi identificada como um dos principais limitantes em estudos paleoclimáticos. O vulcanismo explosivo observado no último milênio resfriou a região tropical no ano da erupção, e enfraqueceu a relação entre a precipitação na porção leste da América do Sul e o modo equatorial do Atlântico. Finalmente, a presente tese demonstrou, por meio de comparações dados-modelo, a importância do Oceano Atlântico no regimes de chuva da América do Sul em diversas escalas temporais para climas onde a forçante antropogênica era pouco significativa. 195 pp. / This work investigates the air-sea interaction processes in eastern South America and the adjacent Atlantic Ocean for the Holocene (past 12,000 years). The effects of the natural forcings on climate variability were investigated in three time-scales: (i) millennial-to-centennial: effects of Atlantic meltwater pulses and changes in the solar and orbital forcings on the South Atlantic subtropical dipole, and rainfall impacts during the Holocene; (ii) mid-Holocene scenario: effects of changes in the orbital forcing, in comparison to the present-day conditions, on mean precipitation over the continent, during the mid-Holocene (6,000 years ago). This was achieved through an unpublished multiproxy compilation and comparison with numerical experiments; (iii) multidecadal: effects of changes in the volcanic forcing along the past millennium (850 to 1850 Common Era) on the variability of the Atlantic equatorial mode and consequences on precipitation over South America. Results show effects of the Northern Hemisphere cooling events on the variability of the South Atlantic subtropical dipole, with impacts mainly over Northeastern Brazil\'s rainfall. The mid-Holocene scenario results indicate a water deficit in eastern South America during this period related to a decrease in Southern Hemisphere summer insolation. The difficulty in marine cores sampling is identified as one of the main problems in current paleoclimate studies. The explosive volcanism observed during the past millennium cooled the tropical regions at the year of the volcanic eruption, and weakened the relation between the precipitation in eastern South America and the Atlantic equatorial mode. This thesis shows through data-model approaches the importance of the Atlantic Ocean on South America precipitation regimes in the climate timescales where the anthropogenic forcing was not so relevant. 195 pp.

Os reservatórios são uma alternativa recorrente para o armazenamento de água destinada a múltiplos usos. O adensamento populacional e a intensificação de atividades antrópicas não planejadas em suas bacias de drenagem representam um risco aos serviços ecossistêmicos por eles oferecidos. Desenvolvida no reservatório de Itupararanga (SP), que possui importância estratégica para os recursos hídricos da bacia do rio Sorocaba e cuja área de entorno tem enfrentado pressões ambientais pela proximidade com a Região Metropolitana de São Paulo, a presente pesquisa avaliou a heterogeneidade espacial e a variabilidade temporal do reservatório e de seus principais tributários, com ênfase na análise do estado trófico e do fitoplâncton. Em treze estações de amostragem e em seis coletas realizadas em 2009 e 2010, diferentes níveis da escala espacial e temporal foram estudados com base em parâmetros operacionais do reservatório, atributos climatológicos e hidrológicos locais e variáveis abióticas e bióticas da água e do sedimento no reservatório e nos rios formadores. Foram observadas heterogeneidade espacial horizontal e variabilidade temporal significativas. As concentrações médias e medianas de fósforo total (45 e 37 \'mü\'g/L), nitrogênio total (669 e 615 \'mü\'g/L) e clorofila-a (18 e 17 \'mü\'g/L), associadas a densidades fitoplanctônicas que atingiram 42,8 \'10 POT.3\' ind/mL, revelaram condição meso-eutrófica do reservatório. A estrutura da comunidade fitoplanctônica e a alternância de Cyanobacteria e Chlorophyceae como os grupos predominantes, principalmente representados por Cylindrospermopsis raciborskii e Monoraphidium contortum, foram associadas à possível colimitação por nutrientes e à disponibilidade de luz em diferentes compartimentos do reservatório, ao tempo de detenção hidráulica, aos padrões de circulação da coluna de água e à interação com o zooplâncton e as macrófitas aquáticas. Os rios Una, Sorocabuçu e Sorocamirim foram reconhecidos como fontes pontuais de poluição e principais responsáveis pela degradação da qualidade da água do reservatório; às fontes difusas (escoamento superficial agrícola), foi atribuída menor importância relativa. Foram propostos subsídios para o manejo sustentável dos recursos hídricos, cuja discussão foi desenvolvida à luz do papel do reservatório para retenção ou exportação de cargas de sólidos e nutrientes, da abordagem das curvas de permanência de qualidade da água e da proposição de um novo Índice de Estado Trófico para reservatórios subtropicais, o IETrs. / Artificial reservoirs are a common alternative for storing water for different uses. However, population increase and unplanned anthropogenic activities in their watersheds are playing a negative role on the ecosystem services associated with them. This research was performed in the Itupararanga Reservoir (SP, Brazil), a strategic water source in the Sorocaba River Basin, which is submitted to significant environmental pressure mainly from the Metropolitan Region of São Paulo. This study analyzed the spatial heterogeneity and temporal variability of the reservoir and its main tributaries, with emphasis on trophic state and phytoplankton assessment. During six sampling occasions in 2009 and 2010 and in thirteen sampling sites, different levels of the spatial and temporal scales were investigated, based on operational parameters of the reservoir, climatological and hydrological local attributes and water and sediment abiotic and biotic variables in the reservoir and tributary rivers. Significant spatial heterogeneity (in the horizontal axle) and temporal variability were observed. The mean and median concentrations of total phosphorus (45 and 37 \'mü\'g/L), total nitrogen (669 and 615 \'mü\'g/L) and chlorophyll-a (18 and 17 \'mü\'g/L), associated with phytoplankton densities reaching 42.8 \'10 POT.3\' ind/mL, revealed the meso-eutrophic condition of the reservoir. The phytoplankton community structure and the high abundance of Chlorophyceae and Cyanobacteria as the dominant groups, especially the species Cylindrospermopsis raciborskii and Monoraphidium contortum, were associated with the possible co-limitation by nutrients and light availability in different spatial compartments of the reservoir, the hydraulic retention time, the circulation patterns within the water column and the interaction with zooplankton and macrophytes. The tributary rivers (Una, Sorocabuçu Sorocamirim) were recognized as point sources of pollution and as the main drivers of water quality degradation in the reservoir. Smaller relative importance was attributed to the diffuse sources (agricultural runoff). In order to aid in the local water resources management, the following topics were discussed: the role of the reservoir for retention or exportation of solids and nutrients, the water quality frequency curves and the proposal of a new Trophic State Index for subtropical reservoirs, the TSIsr.

Les gyres subtropicaux sont au coeur des changements observés au cours des dernières décennies. On y observe entre la surface et la pycnocline permanente une augmentation du contenu thermique de l’océan. La pycnocline permanente délimite un important réservoir de chaleur et joue un rôle majeur en empêchant la chaleur accumulée en surface d’atteindre les profondeurs de l’océan. La pycnocline permanente est donc d’un intérêt important dans un contexte de changement climatique. Pour la première fois et grâce au réseau de données Argo, nous avons été capables de déterminer les propriétés de la pycnocline permanente. L’objectif de cette thèse est de déterminer la structure de la pycnocline permanente et d’étudier sa variabilité au cours des dernières décennies. Une méthode de détermination objective de la pycnocline permanente a été développée. Cette méthode a d’abord été appliquée à l’océan Atlantique nord avec les données Argo puis à l’océan global. Une structure complexe de la pycnocline permanente a été mise en évidence avec de fortes différences d’un gyre à l’autre. La pycnocline permanente est la plus profonde et la plus épaisse dans le gyre subtropical nord Atlantique. Cela explique que le gyre subtropical nord Atlantique soit le plus grand réservoir de chaleur au monde. Ensuite, les relations entre la variabilité du contenu de chaleur et les propriétés de la pycnocline permanente ont été étudiées en s’appuyant sur des réanalyses océaniques. Au cours des dernières décennies, un réchauffement important de l’océan a été observé et particulièrement dans l’océan Atlantique nord. Ce réchauffement est principalement dominé par un approfondissement des isopycnes. Les déplacements verticaux des isopycnes induisent des changements dans la stratification et affectent les propriétés de la pycnocline permanente (profondeur et densité potentielle). / Subtropical gyres are central to the observed climate changes throughout the last decades. It is observed between the surface and the permanent pycnocline an intense increase in the ocean heat content. The permanent pycnocline delineates thus an important heat reservoir. The permanent pycnocline has a major role in preventing heat to reach the deep ocean and it thus of a relative importance in the context of climate change. For the first time and thanks to the development of the Argo array, we have been able to characterize the observed structure of the permanent pycnocline. The objective of this PhD thesis is to investigate the structure of the permanent pycnocline and its variability over the last decades. We developed an objective method to characterize the properties of the permanent pycnocline. This method has been first applied to the North Atlantic Ocean with Argo data and then to the global ocean. A complex structure of the permanent pycnocline emerges with strong differences from one gyre to another. The permanent pycnocline is found to be the deepest and the thickest in the North Atlantic subtropical gyre. It implies that the North Atlantic subtropical gyre is the largest heat reservoir on Earth. Then, ocean reanalyses have been used to investigate the changes in the permanent pycnocline properties in the North Atlantic subtropical gyre. Over the last decades, there is a strong warming of the upper ocean, especially in the North Atlantic subtropical gyre. The warming in the ocean is dominated by the heaving of isopycnal surfaces. This heaving strongly affects the depths of isopycnals and the stratification. This in turn affects the properties of the permanent pycnocline, especially its depth and potential density.

Os reservatórios são uma alternativa recorrente para o armazenamento de água destinada a múltiplos usos. O adensamento populacional e a intensificação de atividades antrópicas não planejadas em suas bacias de drenagem representam um risco aos serviços ecossistêmicos por eles oferecidos. Desenvolvida no reservatório de Itupararanga (SP), que possui importância estratégica para os recursos hídricos da bacia do rio Sorocaba e cuja área de entorno tem enfrentado pressões ambientais pela proximidade com a Região Metropolitana de São Paulo, a presente pesquisa avaliou a heterogeneidade espacial e a variabilidade temporal do reservatório e de seus principais tributários, com ênfase na análise do estado trófico e do fitoplâncton. Em treze estações de amostragem e em seis coletas realizadas em 2009 e 2010, diferentes níveis da escala espacial e temporal foram estudados com base em parâmetros operacionais do reservatório, atributos climatológicos e hidrológicos locais e variáveis abióticas e bióticas da água e do sedimento no reservatório e nos rios formadores. Foram observadas heterogeneidade espacial horizontal e variabilidade temporal significativas. As concentrações médias e medianas de fósforo total (45 e 37 \'mü\'g/L), nitrogênio total (669 e 615 \'mü\'g/L) e clorofila-a (18 e 17 \'mü\'g/L), associadas a densidades fitoplanctônicas que atingiram 42,8 \'10 POT.3\' ind/mL, revelaram condição meso-eutrófica do reservatório. A estrutura da comunidade fitoplanctônica e a alternância de Cyanobacteria e Chlorophyceae como os grupos predominantes, principalmente representados por Cylindrospermopsis raciborskii e Monoraphidium contortum, foram associadas à possível colimitação por nutrientes e à disponibilidade de luz em diferentes compartimentos do reservatório, ao tempo de detenção hidráulica, aos padrões de circulação da coluna de água e à interação com o zooplâncton e as macrófitas aquáticas. Os rios Una, Sorocabuçu e Sorocamirim foram reconhecidos como fontes pontuais de poluição e principais responsáveis pela degradação da qualidade da água do reservatório; às fontes difusas (escoamento superficial agrícola), foi atribuída menor importância relativa. Foram propostos subsídios para o manejo sustentável dos recursos hídricos, cuja discussão foi desenvolvida à luz do papel do reservatório para retenção ou exportação de cargas de sólidos e nutrientes, da abordagem das curvas de permanência de qualidade da água e da proposição de um novo Índice de Estado Trófico para reservatórios subtropicais, o IETrs. / Artificial reservoirs are a common alternative for storing water for different uses. However, population increase and unplanned anthropogenic activities in their watersheds are playing a negative role on the ecosystem services associated with them. This research was performed in the Itupararanga Reservoir (SP, Brazil), a strategic water source in the Sorocaba River Basin, which is submitted to significant environmental pressure mainly from the Metropolitan Region of São Paulo. This study analyzed the spatial heterogeneity and temporal variability of the reservoir and its main tributaries, with emphasis on trophic state and phytoplankton assessment. During six sampling occasions in 2009 and 2010 and in thirteen sampling sites, different levels of the spatial and temporal scales were investigated, based on operational parameters of the reservoir, climatological and hydrological local attributes and water and sediment abiotic and biotic variables in the reservoir and tributary rivers. Significant spatial heterogeneity (in the horizontal axle) and temporal variability were observed. The mean and median concentrations of total phosphorus (45 and 37 \'mü\'g/L), total nitrogen (669 and 615 \'mü\'g/L) and chlorophyll-a (18 and 17 \'mü\'g/L), associated with phytoplankton densities reaching 42.8 \'10 POT.3\' ind/mL, revealed the meso-eutrophic condition of the reservoir. The phytoplankton community structure and the high abundance of Chlorophyceae and Cyanobacteria as the dominant groups, especially the species Cylindrospermopsis raciborskii and Monoraphidium contortum, were associated with the possible co-limitation by nutrients and light availability in different spatial compartments of the reservoir, the hydraulic retention time, the circulation patterns within the water column and the interaction with zooplankton and macrophytes. The tributary rivers (Una, Sorocabuçu Sorocamirim) were recognized as point sources of pollution and as the main drivers of water quality degradation in the reservoir. Smaller relative importance was attributed to the diffuse sources (agricultural runoff). In order to aid in the local water resources management, the following topics were discussed: the role of the reservoir for retention or exportation of solids and nutrients, the water quality frequency curves and the proposal of a new Trophic State Index for subtropical reservoirs, the TSIsr.

O presente trabalho avaliou a variabilidade espacial e temporal de ácidos húmicos (HA) e proteínas (PROT), em uma grande lagoa rasa subtropical. Para tanto, foi usado Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência por Exclusão de Tamanho (HPLC-SEC). Foram incluídas como variáveis explanatórias, carbono orgânico dissolvido (COD), nitrogênio total (NT), nitrogênio total dissolvido (NTD), cor, pH e temperatura. A área de estudo foi a Lagoa Mangueira, uma grande lagoa rasa oligo-mesotrófica inserida ao Sistema Hidrológico do Taim – SHT. As amostras foram coletadas em quatro campanhas, durante o ano de 2010, em dezenove pontos diferentes, compreendendo as zonas litorâneas e pelágica, localizadas no sul, centro e norte da lagoa. Resultados indicaram que a Lagoa Mangueira apresenta heterogeneidade temporal interanual em relação a estas variáveis, ao mesmo tempo que possui um perfil longitudinal homogêneo, não evidenciando um arranjo espacial definido. / The present work evaluated spatial and temporal variability of humic acids (HA) and proteins (PROT) in a large subtropical shallow lake. For this purpose, High Performance Liquid Chromatograph by Size Exclusion (HPLC-SEC) was used. Dissolved organic carbon (DOC), total nitrogen (TN), total dissolved nitrogen (TDN), color, pH and temperature were included as explanatory variables. The study area was Mangueira lake, a large shallow oligo-mesotrophic lake located into the Taim Hydrological System. The samples were collected in four samplings during the year 2010 at nineteen different points, including the littoral and pelagic zones, located in the south, center and north of the lake. Results showed that the Mangueira lake presents interannual temporal heterogeneity in relation to these variables, at the same time that it has a homogeneous longitudinal profile, not evidencing a defined spatial arrangement.

The New Zealand fur seal (Arctocephalus forsteri) is the most abundant fur seal species in the Australian-New Zealand region. Approximately 85 % of Australia’s population of New Zealand fur seals reside in the state of South Australia. As a result of their abundance and size, it has been estimated that the New Zealand fur seal population in South Australia consumes the greatest biomass of resources of all marine mammal and seabird species. However, despite the importance of New Zealand fur seals as top predators, our understanding of their foraging ecology in South Australia is limited. In order to better understand the habitat utilized and the diet of New Zealand fur seals, this study explores the foraging ecology of lactating seals from four primary colonies in South Australia, which account for ~ 78 % of the Australian population. These colonies are Cape Gantheaume (36о04’S, 137о27’E) and Cape du Couedic (36о03’S, 136о42’E) on Kangaroo Island; North Neptune Island (35о13’S, 136о03’E) and Liguanea Island (34о59’S, 135о37’E). I start this study by assessing the seasonal variation in foraging location and dive behaviour of lactating New Zealand fur seals from Cape Gantheaume. 18 seals were fitted with satellite transmitters and time depth recorders (TDRs). The presence of thermoclines (derived from TDRs), were used as a surrogate measure of upwelling activity in continental shelf habitats. During the austral autumn 80 % of lactating fur seals foraged on the continental shelf (114 ± 44 km from the colony), in a region associated with a seasonal coastal upwelling system, the Bonney upwelling. In contrast, during winter months seals predominantly foraged in oceanic waters (62 %), in a region associated with the Subtropical Front (460 ± 138 km from the colony). Results suggested that lactating New Zealand fur seals shift their foraging location from continental shelf to oceanic habitats, in response to a seasonal decline in continental shelf productivity, attributed to the cessation of the Bonney upwelling in autumn. To study inter-colony differences in foraging locations, 21 New Zealand fur seals were satellite tracked from four colonies within close proximity (46 km – 200km apart). Seals initiated foraging trips on a colony-specific bearing (Cape Gantheaume 141 ± 33º, Cape du Couedic 186 ± 12º, North Neptune Island 200 ± 23º and Liguanea Island 234 ± 69º), and recorded little overlap between colony-specific foraging areas. The distribution of colony-specific foraging grounds appeared to be influenced by the proximity of colonies to predictable local upwelling features, as well as a distant oceanic frontal zone, the Subtropical Front. Foraging site fidelity and route-choice was further assessed by comparing site fidelity between continental shelf and oceanic habitats. Data from 31 lactating females, satellite tracked over 107 consecutive foraging trips indicated that females foraging on the continental shelf recorded a significantly greater overlap in foraging area between consecutive foraging routes, when compared to females that foraged in oceanic waters (55.9 ± 20.4 % and 13.4 ± 7.6 %, respectively). Findings suggest that seals learn the direction of travel to a predictable foraging region, and initiate a foraging trip on that bearing. However, actual foraging routes are likely to be influenced by a number of factors including previous foraging trip experience and prey encounter rate, which is related to prey density and the spatial scale of the patch exploited. The final chapter integrates scat analysis with milk fatty acid (FA) analysis to investigate dietary differences between continental shelf and oceanic waters. Milk FA composition was determined for 29 satellite-tracked fur seals, that were known to forage in either shelf or oceanic habitats. Based on FA compositions, I predicted the likelihood that milk samples collected at random (n = 131) represented individual seals having foraged either on the continental shelf or in distant oceanic waters. FA analysis and satellite tracking results contrasted with scat analyses, from which only 6 % of scats by frequency of occurrence contained prey remains from oceanic waters. The results suggest that scats were biased toward females foraging on the continental shelf. This study highlights the importance of two predictable ocean features utilised by New Zealand fur seals; (1) a nearby and seasonally predictable coastal upwelling system, the Bonney upwelling and; (2) a distant but permanent oceanic front, the Subtropical Front. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1347312 / Thesis (Ph.D.) - University of Adelaide, School of Earth and Environmental Studies, 2008

Uma questão que ainda instiga discussões na literatura ecológica é como explicar a coocorrência dinâmica e milenar de formações florestais e campestres sob um mesmo regime climático que tende a favorecer as primeiras, como ocorre atualmente com mosaicos florestacampo no sul do Brasil. A partir de meados do século XX, têm-se evidenciado um fenômeno mundial de avanço de elementos lenhosos sobre áreas abertas. Neste sentido, a modelagem dos processos ecológicos envolvidos na manutenção de ambas as formações numa escala de paisagem permite o esclarecimento dos mecanismos que atuam na manutenção dessa coexistência até o presente e permite prever estados futuros diante dos prognósticos de drásticas alterações climáticas globais já nas próximas décadas. Para tanto, desenvolveu-se um modelo espacialmente explícito (2D-aDGVM) que agrega um Modelo Adaptativo Global de Dinâmica de Vegetação (aDGVM) e ainda inclui heterogeneidades topográficas, propagação do fogo e dispersão de sementes. Este modelo busca satisfazer a necessidade de modelagem mais realista de processos biofísicos, fisiológicos e demográficos na escala de indivíduos e relacionados de forma adaptativa às variações ambientais e aos regimes de distúrbios, ao mesmo tempo que agrega importantes processos ecológicos espaciais, até então pouco ou nada abordados por esse grupo de modelos numa escala de paisagem. Com este modelo, avaliaram-se os efeitos das variações topográficas da radiação solar incidente e destas nos mecanismos de interação (feedbacks) positiva e negativa que surgem daqueles processos na escala de indivíduos e que definem localmente os limites da coexistência entre elementos arbóreos e herbáceos. Ainda, foram analisados os efeitos do aumento da temperatura, precipitação e CO2 atmosférico, desde o período pré-industrial até projeções futuras para as próximas décadas, na performance das diferentes fisiologias envolvidas, bem como no balanço daquelas interações entre as mesmas e, finalmente, na sensibilidade da dinâmica dos mosaicos floresta-campo. Os resultados evidenciaram que, sob o regime climático vigente, uma coexistência relativamente estável entre floresta e campo numa mesma paisagem é mantida por uma alta freqüência de distúrbios, que por sua vez, resulta do forte feedback positivo do acúmulo de biomassa inflamável da vegetação campestre na intensidade do fogo, proporcionado pela condição altamente produtiva do atual clima mesotérmico. Por outro lado, intensificadas pela declividade do terreno, as heterogeneidades espaciais afetaram o balanço dessas interações, interferindo nos padrões espaço-temporais relacionados ao comportamento do fogo e dependentes da densidade de elementos arbóreos. Ainda, tanto esses efeitos observados na escala das manchas de vegetação, como o arranjo espacial inicial das mesmas na paisagem, afetaram as taxas de expansão florestal. Em outras palavras, a manutenção da coexistência de duas formações vegetais constituídas por elementos de inerente assimetria competitiva é possível pela manutenção de uma maior conectividade daquela que propicia o distúrbio, superando a vantagem da outra, que por sua vez é dependente da densidade dos indivíduos. Numa escala de paisagem, isto causa a manutenção de uma baixa conectividade entre as manchas florestais, propiciando sua relativa estabilidade num contexto de dispersão predominante a curtas distâncias. Contudo, embora ambos os sistemas tenham apresentado incremento no crescimento, produtividade e fecundidade, observou-se uma sensibilidade maior no sentido de aumento das taxas de avanço florestal em resposta às projeções climáticas futuras, principalmente nos próximos 90 anos, mesmo na presença do fogo. Isto seria proporcionado pela vantagem fotossintética das árvores-C3 sobre gramíneas-C4 na presença do fogo sob altas concentrações de CO2 atmosférico. Por fim, uma abordagem mais sistêmica dos mosaicos como estados alternativos mostrou ser adequada para o entendimento dos mecanismos que propiciam essa coexistência dinâmica na paisagem. / A longstanding problem in ecology is how to explain the coexistence over thousands of years of forests and natural grasslands under the same climatic regime, which favors the first, such as in forest-grasslands mosaics in South Brazil. Since the middle of the 20th century, a worldwide bush encroachment phenomenon of woody invasion in open vegetation has been threatening this relatively stable coexistence. In this sense, modelling ecological processes that arbitrate the maintenance of both vegetation formations at the landscape scale allows a better understanding of the mechanisms behind the maintenance of this coexistence, as well as predictions of future states under projections of drastic climate change over the next decades. For this, we developed a bidimensional spatial explicit model (2D-aDGVM) that aggregates an adaptive Global Vegetation Model (aDGVM), which includes topographic heterogeneity, fire spread and seed dispersal. The model aims at fulfilling the need for a more realistic representation of biophysical, physiological and demographical processes using an individualbased approach as it adapts these processes to environmental variations and disturbance regimes. In addition, the model includes important spatial ecological processes that have gained less attention by such models adopting a landscape-scale approach. Therefore, we evaluated the effect of topographic variations in incoming solar radiation on positive and on negative feedbacks that rise from those individual-based processes, and which in turns define the limiting thresholds upon which woody and grassy forms coexist. Additionally, the effects of increasing temperature, rainfall and atmospheric CO2 levels on the performance of distinct physiologies (C3-tree and C4-grass) were analyzed, as well as the sensitivity of forestgrassland mosaics to changes in climate from the preindustrial period to the next decades. Results showed that a relatively stable coexistence of forests and grasslands in the same landscape was observed with more frequent fires under the present climatic conditions. This was due to strong positive feedbacks of the huge accumulation of flammable grass biomass on fire intensity promoted by the high productivity of the present mesic conditions. On the other hand, spatio-temporal density dependent processes linked to fire and enhanced by slope at the patch scale, as well as the initial spatial arrangement of vegetation patches affected the rate of forest expansion at the landscape scale. The persistence of coexisting vegetation formations with an inherent asymmetry of competitive interactions was possible when the higher connectivity of the fire-prone patches (grassland) affected negatively the performance of the entire fire-sensitive system (forest). This was possible by overcoming its local densitydependent advantage, or by maintaining it with a low connectivity, which is expected to reduce the rate of coalescence of forest patches in a scenario of predominantly short distance dispersal. Despite the increments in biomass production, stem growth and fecundity that were observed in both grassland and forest, climate change increased the rates of forest expansion over grasslands even in presence of fire, and mainly over the next 90 years. This was attributed to a high photosynthetic advantage of C3-trees over C4-grasses in presence of fire under higher atmospheric CO2 levels. Finally, in the face of the general observed tendency of forest expansion over grasslands, the ancient grasslands have persisted as alternative ecosystem states in forest-grassland mosaics. In this sense, exploring this dynamic coexistence under the concept of alternative stable states have showed to be the most appropriate approach, and the outcomes of this novel perspective may highlight the understanding of the mechanisms behind the long-term coexistence.

O presente trabalho avaliou a variabilidade espacial e temporal de ácidos húmicos (HA) e proteínas (PROT), em uma grande lagoa rasa subtropical. Para tanto, foi usado Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência por Exclusão de Tamanho (HPLC-SEC). Foram incluídas como variáveis explanatórias, carbono orgânico dissolvido (COD), nitrogênio total (NT), nitrogênio total dissolvido (NTD), cor, pH e temperatura. A área de estudo foi a Lagoa Mangueira, uma grande lagoa rasa oligo-mesotrófica inserida ao Sistema Hidrológico do Taim – SHT. As amostras foram coletadas em quatro campanhas, durante o ano de 2010, em dezenove pontos diferentes, compreendendo as zonas litorâneas e pelágica, localizadas no sul, centro e norte da lagoa. Resultados indicaram que a Lagoa Mangueira apresenta heterogeneidade temporal interanual em relação a estas variáveis, ao mesmo tempo que possui um perfil longitudinal homogêneo, não evidenciando um arranjo espacial definido. / The present work evaluated spatial and temporal variability of humic acids (HA) and proteins (PROT) in a large subtropical shallow lake. For this purpose, High Performance Liquid Chromatograph by Size Exclusion (HPLC-SEC) was used. Dissolved organic carbon (DOC), total nitrogen (TN), total dissolved nitrogen (TDN), color, pH and temperature were included as explanatory variables. The study area was Mangueira lake, a large shallow oligo-mesotrophic lake located into the Taim Hydrological System. The samples were collected in four samplings during the year 2010 at nineteen different points, including the littoral and pelagic zones, located in the south, center and north of the lake. Results showed that the Mangueira lake presents interannual temporal heterogeneity in relation to these variables, at the same time that it has a homogeneous longitudinal profile, not evidencing a defined spatial arrangement.