Biogeochemical response of Tagus Estuary to climate change : a modelling study

Estuaries are highly dynamic systems which may be modified in a climate change context. These changes can affect the biogeochemical cycles. Among the major impacts of climate change, the increasing rainfall events and sea level rise can be considered. This study aims to research the impact of those events in biogeochemical dynamics in the Tagus Estuary, which is the largest and most important estuary along the Portuguese coast. In this context a 2D biophysical model (MOHID) was implemented, validated and explored, through comparison with in-situ data. In order to study the impact of extreme rainfall events, which can be characterized by an high increase in freshwater inflow, three scenarios were set by changing the inputs from the main tributaries, Tagus and Sorraia Rivers. A realistic scenario considering one day of Tagus and Sorraia River extreme discharge, a scenario considering one day of single extreme discharge of the Tagus River and finally one considering the extreme runoff just from Sorraia River. For the mean sea level rise, two scenarios were also established. The first with the actual mean sea level value and the second considering an increase of 0.42 m. For the extreme rainfall events simulations, the results suggest that the biogeochemical characteristics of the Tagus Estuary are mainly influenced by Tagus River discharge. For sea level rise scenario, the results suggest a dilution in nutrient concentrations and an increase in Chl-a in specific areas.For both scenarios, the suggested increase in Chl-a concentration for specific estuarine areas, under the tested scenarios, can lead to events that promote an abnormal growth of phytoplankton (blooms) causing the water quality to drop and the estuary to face severe quality issues risking all the activities that depend on it.

Energy systems analysis of transboundary river basins in a nexus approach: the Sava river basin study case

Resource management policies are frequently designed and planned to target specific needs of particular sectors, without taking into account the interests of other sectors who share the same resources. In a climate of resource depletion, population growth, increase in energy demand and climate change awareness, it is of great importance to promote the assessment of intersectoral linkages and, by doing so, understand their effects and implications. This need is further augmented when common use of resources might not be solely relevant at national level, but also when the distribution of resources ranges over different nations. This dissertation focuses on the study of the energy systems of five south eastern European countries, which share the Sava River Basin, using a water-food(agriculture)-energy nexus approach. In the case of the electricity generation sector, the use of water is essential for the integrity of the energy systems, as the electricity production in the riparian countries relies on two major technologies dependent on water resources: hydro and thermal power plants. For example, in 2012, an average of 37% of the electricity production in the SRB countries was generated by hydropower and 61% in thermal power plants. Focusing on the SRB, in terms of existing installed capacities, the basin accommodates close to a tenth of all hydropower capacity while providing water for cooling to 42% of the net capacity of thermal power currently in operation in the basin. This energy-oriented nexus study explores the dependency on the basin’s water resources of the energy systems in the region for the period between 2015 and 2030. To do so, a multi-country electricity model was developed to provide a quantification ground to the analysis, using the open-source software modelling tool OSeMOSYS. Three main areas are subject to analysis: first, the impact of energy efficiency and renewable energy strategies in the electricity generation mix; secondly, the potential impacts of climate change under a moderate climate change projection scenario; and finally, deriving from the latter point, the cumulative impact of an increase in water demand in the agriculture sector, for irrigation. Additionally, electricity trade dynamics are compared across the different scenarios under scrutiny, as an effort to investigate the implications of the aforementioned factors in the electricity markets in the region.

Role of climate on barn owls road-kill likelihood and the effect on population viability in future climate change

Roads represent a new source of mortality due to animal-vehicle risk of collision threatening log-term populations’ viability. Risk of road-kill depends on species sensitivity to roads and their specific life-history traits. The risk of road mortality for each species depends on the characteristics of roads and bioecological characteristics of the species. In this study we intend to know the importance of climatic parameters (temperature and precipitation) together with traffic and life history traits and understand the role of drought in barn owl population viability, also affected by road mortality in three scenarios: high mobility, high population density and the combination of previous scenarios (mixed) (Manuscript). For the first objective we correlated the several parameters (climate, traffic and life history traits). We used the most correlated variables to build a predictive mixed model (GLMM) the influence of the same. Using a population model we evaluated barn owl population viability in all three scenarios. Model revealed precipitation, traffic and dispersal have negative relationship with road-kills, although the relationship was not significant. Scenarios showed different results, high mobility scenario showed greater population depletion, more fluctuations over time and greater risk of extinction. High population density scenario showed a more stable population with lower risk of extinction and mixed scenario showed similar results as first scenario. Climate seems to play an indirect role on barn owl road-kills, it may influence prey availability which influences barn owl reproductive success and activity. Also, high mobility scenario showed a greater negative impact on viability of populations which may affect their ability and resilience to other stochastic events. Future research should take in account climate and how it may influence species life cycles and activity periods for a more complete approach of road-kills. Also it is important to make the best mitigation decisions which might include improving prey quality habitat.

Alteração climática dos índices de estabilidade na Peninsula Iberica

Este trabalho tem como objetivo a comparação da intensidade, frequência e distribuição de um conjunto de índices de estabilidade atmosférica simulados entre o clima histórico (1986-2005) e um cenário climático (2081-2100) na Península Ibérica. Considerou-se o cenário de emissão de gases RCP8.5. Estes índices avaliam a instabilidade atmosférica que é um elemento fundamental e percursor no desenvolvimento de tempestades. Através dos seus valores limite, é possível estimar alterações na probabilidade de ocorrência de eventos extremos que se poderão desenvolver no clima futuro, relativamente ao histórico. Primeiro, utilizou-se um conjunto de simulações do WRF com dois forçamentos: reanálises do ERA-Interim e um modelo do Max Planck Institute. De seguida, foram calculados diferentes índices de estabilidade. A validação do modelo consistiu no cálculo das médias sazonais, da sua diferença e das respetivas PDFs dos índices simulados pelo WRF-MPI e WRF-ERA. Verifica-se uma sobrestimação do CAPE, SHR6km (vento de corte) e SWEAT simulados pelo WRF-MPI. No entanto, nos campos dos índices simulados pelos dois forçamentos para o período histórico, verifica-se que os padrões espaciais são semelhantes apesar das diferenças na intensidade. Como as alterações climáticas dos índices são avaliadas através de diferenças, estas discrepâncias não invalidam a utilização do modelo no futuro. Posteriormente foram estudadas as alterações climáticas dos índices através da comparação entre o clima histórico e futuro. Estima-se um aumento da intensidade do CAPE e uma diminuição (aumento) da frequência de eventos com intensidade reduzida (elevada). Estas alterações são robustas no verão e outono. Também é esperado um aumento da intensidade do SHR6km na primavera e inverno tal como da frequência de SHR6km elevado nestas estações e uma redução da intensidade e da frequência de eventos com SHR6km elevado nas restantes. Haverá um possível aumento robusto da intensidade do SWEAT no verão e outono, bem como da frequência destes valores. Concluindo, será provável um aumento da frequência dos ambientes favoráveis ao desenvolvimento de tempestades, devido a uma maior intensidade e probabilidade de ocorrência de valores extremos do CAPE e do SWEAT. No entanto, a redução do SHR6km, poderá diminuir a organização das tempestades e o seu tempo de vida.

Morfometria craniana do boto (Phocoena phocoena) na costa portuguesa

Eventos climáticos extremos poderão ter conduzido à instabilidade de habitats e em última instância à sua fragmentação, causando repercussões ainda visíveis nos predadores de topo, tais como o boto (Phocoena phocoena). Consequentemente, os indivíduos que não se adaptaram, tiveram de procurar novos habitats com as respetivas condições ideais, nomeadamente os indivíduos da população de botos do Atlântico Este (norte e sul da Baía de Biscaia). O presente estudo focou-se em indivíduos da costa portuguesa (representando uma amostra da população residente a sul da Baía de Biscaia) e, recorrendo a informação proveniente de estudos previamente realizados, procurou salientar diferenças entre os botos que habitam ao longo do Atlântico Este. Foi aplicado um método de limpeza e branqueamento em crânios de boto, para posterior medição. Foram medidos 65 crânios de botos (programa Image J®), providenciados pela rede de arrojamentos de animais marinhos e obtidos no âmbito do projeto LIFE+ MarPro. As comparações das medidas dos crânios entre géneros foram realizadas a partir de modelos alométricos (programa GraphPad Prism ®) e as comparações entre géneros de cada estágio de desenvolvimento foram efetuadas com recurso a uma análise de PERMANOVA unifatorial (usando distâncias euclidianas), através do programa PAST® v. 2.12. Concluiu-se que na população em estudo, tanto as fêmeas como os machos apresentaram um modelo de alometria negativa. Reportou-se que as fêmeas apresentam comprimentos corporais superiores aos machos, assim como comprimentos e larguras cranianas. Comparativamente aos indivíduos da população a norte da Baía de Biscaia, a amostra de estudo da população do sul da Baía de Biscaia (representada pelos indivíduos da costa portuguesa) apresentou maiores comprimentos corporais e cranianos e maior largura craniana. Estes resultados corroboram observações prévias sobre a população de botos do Atlântico, que detetaram já diferenças genéticas e partilha limitada de genes, diferenças nos hábitos alimentares e habitats distintos nos botos de norte e sul da Baía de Biscaia.

Tempo atmosférico numa perspetiva CTS através do ensino por pesquisa

O ser Humano, desde sempre tem tentado estabelecer relações entre si, o tempo e o clima, de modo a melhorar as suas condições de vida. Atualmente existem questões problema que ameaçam a humanidade, nomeadamente as alterações climáticas e o aquecimento global com vista à promoção de um Desenvolvimento Sustentável. À educação é atribuída extrema importância no desenvolvimento de uma adequada perceção da situação do planeta. Este facto levou as Nações Unidas a proclamarem, no início deste século (dezembro de 2002), a Década da Educação para o Desenvolvimento Sustentável. Um desafio internacional lançado aos países para que recorram à educação como ferramenta essencial na promoção do Desenvolvimento Sustentável. A vida nas sociedades contemporâneas é extremamente influenciada pelos desenvolvimentos científicos e tecnológicos, dependendo dos seus respetivos progressos. Como tal, a Educação Científica assume um papel fundamental na compreensão das problemáticas que o ser Humano enfrenta, assim como na sua própria consciencialização da responsabilidade na situação planetária atual. Devendo promover o desenvolvimento de cidadanias proactivas, fundamentadas e responsáveis, no sentido da mudança, numa perspetiva crítica global que garanta a sustentabilidade do planeta. Estes factos são alvo de reflexão por parte de diversas instâncias da sociedade tais como a UNESCO, comunidades nacionais e internacionais de investigação em Educação Científica, e o poder político que se espelham em propostas de reforma e de revisão curricular em diversos países. Neste contexto, a Escola, como instituição formal de Educação, toma o papel primordial de promover o Desenvolvimento Sustentável através da aquisição de conhecimentos, atitudes, valores e competências que permitam desenvolver nos alunos uma consciencialização ecológica e uma literacia científica. Com este propósito em mente surge a questão investigativa deste estudo “Como Abordar o Tempo Atmosférico numa Perspetiva CTS Através do Ensino Por Pesquisa?”. Assim, usando o laboratório mais acessível e gratuito, a Atmosfera, e recursos facilmente acessíveis para desenvolver atividades simples é apresentada uma proposta de abordagem em sala de aula para a temática “Tempo Atmosférico” em particular a “Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico”. A Atmosfera é um fascinante laboratório de ensino, porque nela se podem estudar alguns processos físicos lecionados ao longo dos mais variados níveis de ensino nas disciplinas de Física, Química e Geografia. Na Atmosfera, podem realizar-se diversos estudos simples, que de uma forma fácil respondem a inquietantes questões relacionadas com a Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico. Neste estudo foi desenvolvida e usada uma metodologia para construir e interpretar mapas de tempo permitindo a alunos do 3º Ciclo do Ensino Básico fazer a Previsão e Descrição do Tempo Atmosférico. Após a aplicação da estratégia para o desenvolvimento de capacidades, de criatividade, envolvimento, cidadania e de pensamento crítico, os alunos responderam a um questionário. Através do tratamento dos dados obtidos pode-se considerar que em média 97% dos alunos consideram importante ou muito importante o estudo desta temática e que tem influência no seu dia-a-dia. Verificou-se que em média, se passou de 26% de respostas cientificamente corretas ou parcialmente corretas para 83% de respostas cientificamente corretas ou parcialmente corretas, o que demostra que a estratégia proposta atingiu os seus propósitos que passavam por dinamizar e fomentar uma cultura meteorológica nas escolas e para as escolas. Salienta-se a importância da possibilidade do trabalho em rede e das suas potencialidades na motivação dos alunos dada a oportunidade de fazer diagnóstico do tempo atmosférico local e inter-regiões. Os alunos consultaram e interpretaram mapas de tempo atmosférico, usaram a Internet e compreendam a relação e a influência entre diferentes parâmetros meteorológicos. Os resultados obtidos neste estudo permitem afirmar que os alunos desenvolveram competências numa área que é uma preocupação de cada um, o diagnóstico do tempo atmosférico. Cresceu neles uma cultura meteorológica e as aprendizagens nesta temática podem transbordar para colegas, amigos, pais e toda a comunidade escolar. Assim pode considerar-se que a estratégia implementada foi promotora de mudança, de aquisição de conhecimentos e do desenvolvimento de competências numa temática tão aliciante que envolve o Desenvolvimento Sustentável. Considera-se ainda que a estratégia usada neste estudo é motivadora, aliada à dinâmica CTS e ao Ensino Por Pesquisa, com vista a ser utilizada em contexto de sala de aula. Este estudo é uma forte contribuição para o Ensino das Ciências em especial no ensino da temática Tempo Atmosférico e é uma ferramenta importante que pode e deve ser utilizada em contexto escolar pois está escrito de modo a ser consultado por profissionais de ensino, nomeadamente pelos professores de Física, Química e de Geografia de modo a promoverem o desenvolvimento de competências de literacia científica e de cidadania e contribuir para a formação de futuros cidadãos ativos e conscientes defensores da Sustentabilidade da Terra.

Impact of natural and/or chemical stressors on the freeze-tolerant and euryhaline enchytraeid, Enchytraeus albidus

Rapid climatic changes are taking place in Arctic, subarctic and cold temperate regions, where predictions point to an increase in freeze-thaw events, changes in precipitation, evaporation and salinity patterns. Climate change may therefore result in large impacts in ecosystem functioning and dynamics, especially in the presence of contaminants due to intense anthropogenic activities. Even though multiple stress approaches have received increasing interest in the last decades, the number of such studies is limited. In particular, knowledge on the effect of freezethaw events and salinity fluctuations on ecotoxicology of soil invertebrates is lacking, especially important when considering supralittoral species. Therefore, the aim of this thesis was to investigate the effects of low temperature and salinity fluctuations, singly and in combination with contaminants, in the freeze-tolerant and euryhaline enchytraeid Enchytraeus albidus. The assessment of population level endpoints (survival and reproduction), along with physiological and biochemical parameters such as levels of cryoprotectants, ice/water content, oxidative stress biomarkers, cellular energy allocation, and tissue concentration of chemicals (when applied), provided new and valuable knowledge on the effects of selected physical and chemical stressors in E. albidus, and allowed the understanding of adjustments in the primary response mechanisms that enable worms to maintain homeostasis and survival in harsh environments such as polar and temperate-cold regions. The presence of moderate levels of salinity significantly increased freeze-tolerance (mainly evaluated as survival, cryoprotection and ice fraction) and reproduction of E. albidus. Moreover, it contributed to the readjustments of cryoprotectant levels, restoration of antioxidant levels and changed singnificantly the effect and uptake of chemicals (copper cadmium, carbendazim and 4-nonylphenol). Temperature fluctuations (simulated as daily freeze-thaw cycles, between -2ºC and -4ºC) caused substancial negative effect on survival of worms previsouly exposed to non-lethal concentrations of 4-nonylphenol, as compared with constant freezing (-4ºC) and control temperature (2ºC). The decrease in cryoprotectants, increase in energy consumption and the highest concentration of 4-nonylphenol in the tissues have highlighted the high energy requirements and level of toxicity experienced by worms exposed to the combined effect of contaminants and freezing-thawing events. The findings reported on this thesis demonstrate that natural (physical) and chemical stressors, singly or in combination, may alter the dynamics of E. albidus, affecting not only their survival and reproduction (and consequent presence/distribution) but also their physiological and biochemical adaptations. These alterations may lead to severe consequences for the functioning of the ecosystems along the Arctic, subarctic and cold temperate regions, where they play an important role for decomposition of dead organic matter. This thesis provides a scientific basis for improving the setting of safety factors for natural soil ecosystems, and to underline the integration of similar investigations in ecotoxicology, and eventually in risk assessment of contaminants.

Moringa oleifera plasticity to face climatic changes

Extreme abiotic factors, such drought combined with heat waves and/or high UVB radiation are predicted to become more frequent in the future. The impact on plant production of these challenges on multipurpose Moringa oleifera L. remains unclear. A susceptibility of this species may lead to increase poverty in endangered regions. M. oleifera is a woody species native from sub-Himalaya regions under high climate stress pressure. The interest on this species is emerging due to its several medicinal properties and its nutritional value. Agropharmaceutical industry is interest in this species too. To understand the impact of increased climate factors, young (2 months old) plants of this species were exposed to water deficit (WD) and UVB (alone or combined). WD and WD+UVB imposition consists of unwater for 4 days. After 1 day withholding water, UVB and WD+UVB were irradiated with 26.3 kJ m-2 distributed per 3 days. Immediately after treatment exposition (1 day) and after 10 days, plant water status, growth, carbon metabolism and oxidative stress were measured. Overall no significant differences were observed in WD, regarding the parameters analysed, except on gas exchanges, MDA and phenols. The plants exposed to UVB showed, in general, more severe effects, as higher pigment content, MDA and membrane permeability, while no changes were observed in the total antioxidant activity. Plants exposed to UVB+WD, despite changes observed, the impact was lower than the one observed in UVB exposed plants, meaning that a protective/adaptive mechanism was developed in the plants under combined stressors. On the other hand, in all treatments the net CO2 assimilation rate decreased. Results suggest that M. oleifera has some tolerance to WD and UVB, and that develops mechanism of adaptation to these two types of stress that often arise in combination under a climate change scenario.

Ferramentas de apoio à implementação da sustentabilidade na gestão da cadeia de abastecimento

O presente trabalho tem como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento de um modelo de gestão da cadeia de abastecimento sustentável, posteriormente operacionalizado num conjunto de empresas. O principal elemento diferenciador do modelo apresentado é o seu cariz operacional, focado na fase da implementação com a integração de um conjunto de práticas de apoio à sustentabilidade. Para responder às pressões da conjuntura económica atual, das alterações climáticas, da escassez de recursos e das desigualdades sociais é necessário desenvolver de forma consolidada e abrangente um novo paradigma de gestão nas empresas. Muitas destas pressões fazem-se sentir nas atividades da Gestão da Cadeia de Abastecimento. O grande desafio é conseguir que as empresas obtenham bons resultados económicos, sociais e ambientais. A sustentabilidade tem sido abordada como a área de estudo donde deverá emergir este novo paradigma de gestão. Atendendo a esta problemática, a principal questão de investigação do presente trabalho é “Como se implementa a Sustentabilidade na Gestão da Cadeia de Abastecimento?” A metodologia de investigação partiu da revisão da literatura que permitiu estruturar um conjunto de pressupostos teóricos, estruturados num modelo conceptual sobre a implementação da sustentabilidade na Gestão da Cadeia de Abastecimento. O modelo foi aplicado em dois grupos de estudos empíricos: Análise Qualitativa de Relatórios de Sustentabilidade publicados por seis empresas com atividade em Portugal (Sonae; Lipor, Galp; EDP; Portucel e AutoEuropa); e o desenvolvimento de dois Estudos de Caso nas empresas Bosch Termotecnologia e Gestamp Aveiro. Os resultados permitiram o desenvolvimento de um Modelo Teórico de Implementação da Sustentabilidade na Gestão da Cadeia de Abastecimento. Bem como, um modelo de classificação das ferramentas de apoio à implementação da sustentabilidade adequadas a cada etapa que constitui o modelo de implementação. No desenvolvimento deste trabalho, acreditou-se que o caminho da sustentabilidade é possível e tangível. Os modelos desenvolvidos explicam que a integração da sustentabilidade se enceta pela estruturação da área da sustentabilidade na organização, prosseguindo com o processo de implementação constituído por quatro etapas: Envolvimento, Execução, Monitorização e Comunicação. A implementação necessita de ser abrangente a toda a cadeia de valor e apoiada num conjunto de ferramentas adequadas a cada fase de implementação.