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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/10259 |
| Date | 12 July 2011 |
| Creators | Oliveira, Pablo Eli Soares de |
| Contributors | Moraes, Osvaldo Luiz Leal de, Acevedo, Otávio Costa, Roberti, Débora Regina, Araújo, Alessandro Carioca de |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Meteorologia, UFSM, BR, Meteorologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100700300004, 400, 500, 300, 300, 500, 300, 890f38b3-51f1-4071-8146-2205917ead15, 3d28c6ba-9a17-49b4-9756-1cd08e9d6dba, ecf23f9f-13e0-4ccf-87b3-977b23580f25, 68fb70ad-b459-4102-a15c-f9e365df6d74, 5f46ffb7-bb0f-4cdd-a122-dc26700e3711 |
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