Meteorologia Aplicada
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Item Acúmulo de biomassa e carbono em cultivo de macaúba (Acrocomia aculeata)(Universidade Federal de Viçosa, 2019-07-29) Moreira, Sandro Lucio SilvaA macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmácea oleaginosa nativa da América tropical com ampla distribuição na flora brasileira, ocorrendo principalmente no bioma Cerrado. Essa palmeira é uma alternativa potencial para fins energéticos e alimentar, surgindo como uma espécie promissora para o plantio em áreas degradadas. Alguns relatos na literatura sugerem seu potencial de sequestrar carbono em áreas de ocorrência natural, porém nenhum estudo comprova tal potencial em cultivos comerciais, onde tanto solo como palmeiras são manejadas visando maior produtividade. Diante deste cenário, o presente estudo avaliou o potencial de acúmulo de carbono na biomassa acima e abaixo do solo de macaúbas cultivadas pelo método destrutivo, com amostragem de indivíduos de diferentes idades. Os dados obtidos permitiram a redação de três capítulos com resultados inéditos que compõem o presente documento. O primeiro capítulo teve como objetivo avaliar o acúmulo de carbono na biomassa acima e abaixo do solo em cultivo comercial de macaúba de diferentes idades, bem como quantificar seu potencial de geração de créditos de carbono. No segundo, o objetivo foi avaliar a distribuição horizontal e vertical do sistema radicular de macaúba de diferentes idades de cultivo. No terceiro, o objetivo foi ajustar modelos alométricos para estimar o acúmulo de massa seca e carbono em macaúbas cultivadas. Os resultados obtidos confirmam o potencial da macaúba de acúmular carbono em sua biomassa ao longo do tempo, com o maior acúmulo de carbono presente na biomassa acima do solo em macaúbas cultivadas no campo. As raízes das mudas de macaúba e da palmeira jovem no campo concentram-se no lado da região tuberosa do caule saxofone e são uniformemente distribuídas nas plantas adultas. A profundidade efetiva das raízes aumenta à medida que a planta envelhece e a distância efetiva das raízes coincide com a área de projeção da copa da palmeira. A altura total da palmeira é a variável independente de melhor desempenho no modelo alométrico testado, podendo ser utilizada na estimativa tanto de massa seca como de carbono em macaúbas cultivadas. Todas essas informações geradas abrem janelas de oportunidades para futuras melhorias no manejo de áreas cultivadas e abre possibilidade de negociações de créditos de carbono no mercado internacional.Item Using a multi-layer Lagrangian inverse analysis to study CO2 isotope exchange in plant canopies(Universidade Federal de Viçosa, 2019-04-14) Santos, Marshall Victor ChagasStable isotopes of CO2 are useful to study biosphere-atmosphere exchange processes. Recent advances in optical based isotope techniques has provided high-temporal resolution and accurate isotope measurements suitable for ecosystem scale studies. These novel measuring techniques can be combined with micrometeorological approaches, such as multi-layer Lagrangian models, to study CO2 isotope exchange in plant canopies. The main objectives of this study were: 1) to evaluate the feasibility of the localized near-field theory (LNF) to study 13CO2 and C18OO isotope exchange in different plant canopies; 2) to examine the LNF theory as an independent non-isotopic method to estimate separately the net-photosynthesis (FA) and non-foliar respiration (FR) in a corn canopy; and 3) to evaluate whether direct half-hourly estimates of isotope compositions of net CO2 ( N), canopy ( P) and below-canopy ( R) fluxes from LNF could be used in a isotope based partitioning approach (IFP method) to partition NEE measurements. Concentration of stable isotopes of CO 2 were measured within and above a temperate deciduous forest, tallgrass prairie and corn field using a multi- port sampling system and the tunable diode laser spectroscopy (TDLAS) technique. An EC system was also used to measure the wind velocity and the net CO 2 fluxes (NEE) above the canopies. The performance assessment of LNF on estimating isotope exchange within different plant canopies and to partitioning NEE in a corn canopy included direct comparisons with the traditional isotope flux ratio (IFR) method and a night-time based flux partitioning (RP) approach, respectively. Changes in CO2 storage were used to investigate the degree of decoupling between below and above- canopy airflows. Results showed that the LNF estimates of NEE and isotope CO2 exchange for the forest canopy were greatly affected by the flux decoupling. However, the LNF theory was shown to be suitable within well-mixed short canopies, where changes in CO2 storage were small. The magnitude of CO2 concentration gradients had great impact on both IFR and LNF N estimates. Nevertheless, the LNF theory reduced roughly 74% the uncertainties of IFR method. For the non-isotope partitioning, The LNF FA estimates captured the expected seasonal canopy physiological variation better than RP. Large uncertainties in LNF FR estimates were observed when the canopy was fully developed under low turbulent mixing periods. For the isotope-derived partitioning, the IFP method was highly sensitive to the Deq, where large uncertainties were found when Deq < 3 Å. However, a considerable reduction in the uncertainties and more realistic flux estimates were observed when weak Deq (< 3 Å) periods was filtered out from IFP predictions. Overall, these results suggests that LNF theory can be successfully used to study isotope exchange and partitioning NEE in well-mixed plant canopies. However, further studies are still needed to quantify the random and systematic errors associated with LNF predictions.Item Land use change, soil physical properties and carbon stocks at a sandy soil domain of a Cerrado agriculture frontier(Universidade Federal de Viçosa, 2019-03-19) Silva, Emily Ane Dionizio daThe rapid expansion of agriculture in the Brazilian Cerrado has raised concerns about water resources conservation and about greenhouse gases emissions. The largest and most dynamic agricultural frontier of the country known as MATOPIBA is located in this biome, also the largest producer of cotton, the Western Bahia. In order to evaluate how the land use changes affect the physical and hydraulic soil properties and carbon emissions in this region, this study collected data on physical soil properties and carbon stocks for different land use, land cover types, and developed an historical reconstruction of spatial patterns of carbon stocks during the 1990-2018 period. There are seven main conclusions in this thesis: First, intensive soil use increases soil compaction and reduces the saturated hydraulic conductivity (water infiltration velocity) of the soil. Analysis of physical and hydraulic properties indicate that soils under intensive use (Irrigated Agriculture, Rainfed Agriculture and Pasture) present higher density and lower saturated hydraulic conductivity than soils under natural vegetation (Forest Formations and native Cerrado). Second, intensive land use can increase the occurrence of surface runoff events. Although soils of Western Bahia present high infiltration capacity, its intensive use decreases this capacity and increases the chances of erosion. For rainfall with intensity of 50 mm hour-1, surface runoff is expected in 62% of Irrigated areas, 41% of Pasture areas, 29% of Rainfed Agriculture areas, 15% of Forest areas and 5% of the Cerrado areas visited. For rainfall with intensity of 100 mm hour-1, it is expected that surface runoff will occur in 95% of Irrigated areas, 73% of Pasture areas, 62% of Rainfed Agriculture areas, 20% of Forest areas and 32% of Cerrado areas visited. Absence of runoff should occur only in cases of rainfall intensity of less than 10 mm hour -1 or less. Third, it is extremely likely that the replacement of Forest Formations by Pasture implies in a reduction of SCS100 by 37.3% (p-value = 0.031), and it is very likely that the replacement of Forest Formations by Rainfed Agriculture reduces SCS100 by 30.3% (p-value = 0.053). Fourth, it is likely that conversion of savanna formations to Rainfed Agriculture or Pasture decreases SCS100 by 18.2%(p-value = 0.269) and 26.4% (p-value = 0155). Fifth, it is more likely than not that the conversion of Forest Formations to Irrigated Agriculture reduces SCS100, and that conversion of Cerrado Formations to Irrigated Agriculture increases the SCS 100 by 11.1% (p-value = 0.455). Sixth, it is extremely likely that the conversion of Pasture (p-value = 0.022) or Rainfed Agriculture (p-value = 0.034) to Irrigated Agriculture increases SCS100 . Finally, it was estimated that, historically, Western Bahia lost 7.74% of the total carbon stock, with a decrease from 112 Tg-C in 1990 to 103 Tg-C in 2018. Despite the limitations and uncertainties associated with our results, it is possible to conclude that the impacts of land use change are a reality on the agricultural frontier of the Cerrado and there is an urgent need to monitor how these changes occur over time. A temporal monitoring of these effects is crucial to identify management practices and the time scale needed to change the carbon loss trend, contributing to the development of effective gas emission mitigation strategies and the development of sustainable agriculture in the region.Item Eventos extremos de precipitação nas bacias hidrográficas dos rios Doce e Paraíba do Sul(Universidade Federal de Viçosa, 2019-02-27) Ferreira, Gabriela ReginaEm cenários de mudanças climáticas os eventos extremos de curta duração, tais como chuvas intensas, períodos secos e temporais tendem a se tomar mais frequentes, fato que já vem sendo observado desde a segunda metade do século XX. Os extremos hidrológicos, especialmente de seca, aumentam a incerteza ou o risco na gestão de recursos hídricos, pois a gestão da oferta é diretamente afetada, prejudicando assim o abastecimento nos usos múltiplos. Neste sentido, as tendências observadas em extremos de precipitação nas bacias hidrográficas dos rios Doce e Paraiba do Sul foram caracterizadas para o período de 1980 a 2015. Foram analisadas a climatologia das bacias hidrográficas e 9 índices de precipitação propostos pelo Expert Team on Climate Change Detection Monitoring and Indices (ETCCDMI), em seguida foram aplicados os testes não-paramétricos Mann- Kendalle o Estimador de tendência linear Sen. Por meio de inferência visual foi realizada a associação da média dos índices de precipitação com os anos de ocorrência do El Niño Oscilação Sul. Na bacia hidrográfica do rio Doce foi observada uma tendência clara de que a precipitação total anual em dias umidos (PRCPTOT) diminuiu, ao passo que os dias secos consecutivos (CDD) aumentaram, principalmente na porção norte da bacia hidrográfica, tendo como indícios que a precipitação se concentra em um período de tempo mais curto, sendo também mais intensa. Na bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, a análise não revela uma mudança clara e abrangente na tendência dos índices, mas é possível identificar uma diminuição estatisticamente significativa da intensidade diária da precipitação (SDII). Em geral, observa- se uma tendência crescente (decrescente) nos índices referentes ao excesso de precipitação na porção norte (sul) da bacia. Além disso foi identificada a variabilidade interanual dos índices extremos de precipitação em ambas as bacias hidrográficas, sendo os mesmos sensíveis à episódios isolados do El Niño Oscilação Sul.Item Estimativa da transpiração da macaúba utilizando o método de dissipação térmica(Universidade Federal de Viçosa, 2019-02-19) Ribeiro, Rian Antonio dos Reis; Imbuzeiro, Hewlley Maria Acioli; http://lattes.cnpq.br/9364573562651136A macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa das florestas tropicais com grande potencial agroeconômico. No entanto, existem poucas informações sobre os seus aspectos ecofisiológicos em condições de campo, especialmente em relação à transpiração que está relacionada com a produtividade da cultura. O objetivo do trabalho foi estimar a transpiração da macaúba no município de Viçosa (MG) utilizando o método de dissipação térmica. O experimento foi realizado em uma área experimental de consórcio de macaúba com café arábica (Coffea arábica L.), no período de 17 de agosto a 03 de outubro de 2018. Os sensores de dissipação térmica foram instalados em 5 plantas representativas da área na posição norte e sul do caule. Foram monitoradas as variáveis meteorológicas (temperatura e umidade relativa do ar, radiação solar, velocidade do vento e precipitação) e a umidade do solo. Com base nos dados coletados foi realizada a análise do curso médio diurno da transpiração para o período de avaliação, nas condições de céu parcialmente nublado e nublado e sua variação quanto à posição de instalação do sensor no caule. Posteriormente, foram realizadasanálises de regressão (p<0,05) para avaliar a relação entre transpiração e o déficitde pressão de vapor (DPV), radiação solar global (Rg), evapotranspiração de referência (ET0) e umidade do solo (). Observou-se que a transpiração acompanhou a mudança diurna da radiação solar, déficit de pressão de vapor e evapotranspiração de referência, apresentando apenas uma defasagem temporal.O valor médio da transpiração da macaúba para o período de avaliação foi de 35 L dia-1, em que a transpiração foi influenciada principalmente pelo déficit de pressão de vapor e pela radiação solar global. Sendo assim, o método de dissipação térmica utilizado na estimativa da transpiração mostrou-se eficaz para a macaúba.Item Estimativas de perdas econômicas e custos de manejo de incêndios florestais no Cerrado e na Amazônia brasileira(Universidade Federal de Viçosa, 2018-08-29) Oliveira, Aline Silva de; Soares Filho, Britaldo SilveiraO fogo florestal estabelece uma função ecológica na produtividade de diversos ecossistemas. No entanto, os regimes de fogo estão sendo profundamente alterados para uma dinâmica de fogos recorrentes, cuja força destrutiva atraiu pesquisadores em todo mundo na busca de respostas para seus efeitos adversos. Embora o poder destrutivo do fogo seja reconhecido, seus impactos econômicos foram pouco estimados, assim como os investimentos realizados em práticas de manejo de incêndios florestais, particularmente em florestas tropicais. Através desse trabalho de pesquisa é possível identificar que a informação econômica sobre os custos (investimentos feitos em práticas de manejo do fogo) e os benefícios (perdas econômicas evitadas pela mitigação) da gama de políticas e programas de gestão de incêndios em todo mundo é insuficiente para tomadas de decisões na gestão de incêndios. Consequentemente, os recursos financeiros não são estrategicamente direcionados para tornar o manejo de fogo mais eficiente na redução de incêndios. Este trabalho, pretende contribuir para essa lacuna de conhecimento através da realização de uma estimativa das perdas econômicas na produção sustentável de madeira na Amazônia Brasileira e uma avaliação de custo- benefício das práticas de manejo de incêndios florestais nesse bioma e no bioma Cerrado. Os resultados foram gerados através de modelos espacialmente explícitos e demonstram que as perdas econômicas pelo fogo na produção sustentável de madeira podem chegar a US$ 183 ± 30 ha/ano em áreas atingidas por incêndios recorrentes próximos a centros de moagem na Amazônia. Além disso, essas perdas podem chegar a US$ 565 ha/ano em regiões de alto lucro agrícola em ambos os biomas. Apesar das altas perdas, osinvestimentos realizados na mitigação do fogo ainda são baixos, em média US$ 3.7 ha/ano em terras públicas e US $ 11,2 ha/ano em terras privadas. Em contrapartida, mesmo que a mitigação seja pouco adotada, os benefícios das práticas de manejo, quando são efetivas na redução do fogo evitam perdas econômicas, que são substancialmente maiores que os custos da mitigação. Em alguns locais de floresta com alto estoque de carbono e em áreas lucrativas de produção agrícola, os benefícios da mitigação podem ser25 vezes maiores que seus custos. Através desse trabalho é possível identificar que os programas de mitigação de incêndios no Brasil não atendem os pontos críticos de perdas econômicas na produção de madeira na Amazônia e devem ser melhor direcionados. Além disso, os benefícios públicos das práticas de manejo somente ocorrem no Cerrado, quando o combustível (o volume de biomassa disponível para queimar) é gerenciado adequadamente, e na Amazônia somente quando há uma ação conjunta entre práticas de supressão, políticas e programas de incentivo para prevenção de fogo. Da mesma forma, a prevenção do fogo gera benefícios privados significativos para produtores agrícolas envolvidos ativamente em programas de mitigação de incêndios.Item Climate and modeling glacier in the complex terrain of Chilean Andes(Universidade Federal de Viçosa, 2019-08-30) Pogorzelski, Vanúcia Schumacher; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/2661179278658851Glacier fluctuations are an important source of water for the semi-arid in Central of Chile, especially during the dry season, ensuring the resources related to hydropower, agriculture, industry, tourism and mainly for domestic consumption. However, the retraction of Andean glaciers caused by local climate variability and global warming may impact future water resources. Glacier changes might also affect the economic growth and development of large cities in Chile as well as livelihoods of local com- munities living in the Andean mountains. With ongoing global climate change, wa- ter resources are vulnerable and should lead to mass migrations in the near future. Additionally, there are many gaps in the understanding of the Andean climate and glaciers, specially in terms of mass balance. In particular, the Andes of Chile have received little attention due to scarcity of surface stations to allow climate research in this region. The main objective of this study is to analyze main characteristics as- sociated with precipitation and temperature along Chile, and application of a glacier mass balance model in the complex terrain of Chilean Andes employing high resolu- tion modeling. There is a significant reduction of precipitation and warming trends in the high Chilean Andes, especially in Central Chile during the winter season, as well as an increase of the consecutive number of dry days. In addition, we simulated a mass loss of -82 cm w.e.yr-1 averaged between 1996 and 2015 over the Universidad Glacier, in Central Andes, with a negative trend of -2.2 cm w.e.yr-1 . The interannual variability is controlled mainly by summer melt. The sublimation accounts about 10% of ablation while evaporation is a smaller component, corresponding to 6%. Further- more, the high-resolution simulations of glacier mass balance developed in this study will be support future analyses of these glaciers at unprecedented detail, providing a deeper understanding of climate-glacier feedback, and provide new insights into glaciers mass balance in the Central Andes.Item Sazonalidade dos fluxos de energia e carbono em área de restinga(Universidade Federal de Viçosa, 2016-10-21) Ferreira, Almir Venancio; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/2746811932565005Este trabalho visa avaliar os fluxos de energia e massa em uma área de restinga/mangue na ilha de Marambaia. Os dados foram coletados entre abril de 2015 e abril de 2016. A primeira avaliação descreve as características climáticas observadas no período estudado. Os resultados mostram que o período 2015/2016, comparados aos oito anos anteriores (2008/2014), foi quase sempre mais quente que 2008/2014, apresentando temperatura mínima entre 3 e 5 graus acima da média de 2008/2016. Com relação à precipitação, 2015/2016 mostrou-se mais chuvoso no verão e em torno da média no inverno. Essas análises são importantes para balizar as avaliações dos fluxos sobre a vegetação de restinga. Nota-se que o fluxo de calor sensível foi mais variável no período matutino e início da tarde como resultado da maior variação da nebulosidade e radiação incidente. Por outro lado, o fluxo de calor latente mostrou-se mais associado às variações do vento, induzindo mudanças no déficit de pressão de vapor. O fluxo de CO2 apresentou valores negativos entre 10 e 15 horas local, indicando que a superfície vegetada atuou como sumidouro de CO2; ao passo que o fluxo de H2O atuou como fonte de vapor d’água para a atmosfera. A concentração de CO2 ficou em torno de 420 ppm, todavia pulsos de CO2 chegaram a 1.600 ppm entre dezembro e fevereiro. Nesse período, ocorreram altos valores de precipitação. Devido às características relativamente heterogêneas da região de estudo, o fechamento do balanço de energia atingiu valores por volta de 70% da fração de fechamento, com máximo de 80% em junho. Em síntese, a restinga/mangue funciona como um sumidouro de CO2.Item Ciclo biogeoquímico marinho no ultimo máximo glacial e no interglacial marine isotope stage 11c(Universidade Federal de Viçosa, 2019-06-24) Leonardo, Noele Franchi; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/6396378837990471As flutuações atmosféricas das concentrações de CO2 têm sido fortemente correlacionadas com o clima em escalas de tempo de milhões de anos, ou causadas, ou pelo menos, amplificando as mudanças climáticas. Este estudo procurou investigar a relação entre as mudanças nas forçantes orbitais, concentração de CO2 e topografia no ciclo biogeoquímico marinho. Para isso foi utilizado o modelo UVic ESCM versão 2.9, que é um modelo de complexidade intermediária acoplado para simular o clima médio no Último Máximo Glacial (LGM) e Interglacial Isotope Marine Stage 11c (MIS11c). Com relação às simulações, o modelo UVic foi capaz de re- presentar satisfatoriamente as condições climáticas atuais (PD), com boa correlação e baixos valores de erro quadrático médio. Para paleoreconstruções, mesmo com a baixa disponibilidade de dados, principalmente para o Interglacial MIS11c, boa concordância com outros estudos foram encontradas. Com a adição da topografia ICE6G, a temperatura média no LGM foi de aproximadamente 5 °C mais fria do que encontrada nos dias atuais, houve modificação na circulação atmosférica, especialmente nas regiões do Atlântico e do Pacífico Norte. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre duas topografias para o LGM; ICE6G e ICE4G. Aquecimento de aproximadamente 3 ° C no Atlântico Norte, como resultado do aumento da concentração de gelo na América do Norte para a topografia ICE6G, provavelmente causada por subsidência ao sul e leste da anomalia topográfica. Anomalias positivas e negativas variam amplamente para o padrão de fluxo Evaporação-Precipitação (E-P), com a atmosfera mais fria e mais seca levando a uma redução na precipitação de LGM nas regiões da Europa. Mudanças na temperatura da superfície do mar e salinidade e fluxos de E - P levam a mudanças no sistema de carbonato oceânico, resultando em um aumento geral na alcalinidade total e uma redução nas concentrações totais de carbono dissolvido (TCO 2 ) em LGM em relação ao PD. Esta é uma consequência da baixa concentração de CO e do aumento nas concentrações de carbonato de cálcio (CO3− ) levando ao aumento do pH oceânico. Mudanças na intensidade da Circulação de Revolvi- mento Meridional entre os períodos glacial e interglacial levaram a mudanças nos padrões de circulação oceânica, diminuindo sua intensidade no Último Máximo Glacial em relação ao PD e MIS11c. A resposta do ciclo biogeoquímico ao LGM e MIS11c simulado para o Oceano Austral mostrou um grande aumento na superfície de oxigênio a partir de 55 °S e uma diminuição na Antártica (particularmente − no Mar de Weddell). Análises de nitrato (NO3 ), fosfato (PO3− ), TCO2 e alcalinidade total (TA) mostram que elas estão intimamente ligadas a variações em CO2 concentrações entre atmosfera e superfície oceânica, assim como a disponibilidade de sedimentação do CaCO3 .Item Aplicação do risco potencial de fogo da vegetação em escala global(Universidade Federal de Viçosa, 2019-06-24) Silva, Alex Santos da; Justino, Flávio Barbosa; http://lattes.cnpq.br/1535686384291685O fogo em vegetação tem um papel fundamental no sistema climático global. Um passo importante para a redução de seus impactos é por meio de investigação da suscetibilidade à ocorrência de queimadas em vegetação, devido às condições atmosféricas. Portanto, o objetivo deste estudo é aprimorar o Índice de Risco Potencial de Fogo, “PFI” (JUSTINO et al., 2010) em escala global, particularmente nas regiões extratropicais. A nova versão do índice (PFIv2) inclui uma função de crescimento logístico ajustada para as três camadas atmosféricas do Índice de Haines (HAINES, 1988) e um fator de ajuste da temperatura devido à variação da latitude. Em sua formulação, o risco de fogo na vegetação aumenta com o aumento da duração de períodos secos, tipo e ciclo natural da fenologia da vegetação, convecção e estabilidade da atmosfera. Os dados atmosféricos da Reanálise ERA-Interim e de precipitação do CPC/NOAA (Climate Prediction Center / National Oceanic and Atmospheric Administration) foram aplicados como dados de entrada do modelo. As validações das análises foram realizadas com o auxílio dos dados de fogo ativo do satélite Terra do projeto MODIS/NASA (Moderate Resolution imaging Spectrometer / Natonal Aeronautics and Space Administration). Em condições atuais de tempo e da vegetação, o PFIv2 representou as principais áreas de risco de fogo de ambos os hemisférios. Na região tropical, o PFIv2 apresentou, em média, eficiência superior a 5% na detecção dos focos de queimadas, em relação ao PFI. Já nas regiões extratropicais, essa diferença atinge valores de até 15% nas principais classes dos índices. Nas avaliações da influência das variabilidades climáticas El Niño Oscilação Sul e Oscilação do Atlântico Norte no risco de fogo, correlações positivas e estatisticamente significativas a 95% foram obtidas na América do Sul e Europa, respectivamente. A confiabilidade do PFIv2 para a reprodução de áreas com alta atividade de fogo indica que este índice é uma ferramenta útil para os tomadores de decisões, em previsões de ocorrências globais de fogo em vegetação.