Seasonal drought stress in the Amazon: Reconciling models and observations

The Amazon Basin is crucial to global circulatory and carbon patterns due to the large areal extent and large flux magnitude. Biogeophysical models have had difficulty reproducing the annual cycle of net ecosystem exchange (NEE) of carbon in some regions of the Amazon, generally simulating uptake during the wet season and efflux during seasonal drought. In reality, the opposite occurs. Observational and modeling studies have identified several mechanisms that explain the observed annual cycle, including: (1) deep soil columns that can store large water amount, (2) the ability of deep roots to access moisture at depth when near-surface soil dries during annual drought, (3) movement of water in the soil via hydraulic redistribution, allowing for more efficient uptake of water during the wet season, and moistening of near-surface soil during the annual drought, and (4) photosynthetic response to elevated light levels as cloudiness decreases during the dry season. We incorporate these mechanisms into the third version of the Simple Biosphere model (SiB3) both singly and collectively, and confront the results with observations. For the forest to maintain function through seasonal drought, there must be sufficient water storage in the soil to sustain transpiration through the dry season in addition to the ability of the roots to access the stored water. We find that individually, none of these mechanisms by themselves produces a simulation of the annual cycle of NEE that matches the observed. When these mechanisms are combined into the model, NEE follows the general trend of the observations, showing efflux during the wet season and uptake during seasonal drought.

Rainforest Aerosols as Biogenic Nuclei of Clouds and Precipitation in the Amazon

The Amazon is one of the few continental regions where atmospheric aerosol particles and their effects on climate are not dominated by anthropogenic sources. During the wet season, the ambient conditions approach those of the pristine pre-industrial era. We show that the fine submicrometer particles accounting for most cloud condensation nuclei are predominantly composed of secondary organic material formed by oxidation of gaseous biogenic precursors. Supermicrometer particles, which are relevant as ice nuclei, consist mostly of primary biological material directly released from rainforest biota. The Amazon Basin appears to be a biogeochemical reactor, in which the biosphere and atmospheric photochemistry produce nuclei for clouds and precipitation sustaining the hydrological cycle. The prevailing regime of aerosol-cloud interactions in this natural environment is distinctly different from polluted regions.

Patterns of water and heat flux across a biome gradient from tropical forest to savanna in Brazil

We investigated the seasonal patterns of water vapor and sensible heat flux along a tropical biome gradient from forest to savanna. We analyzed data from a network of flux towers in Brazil that were operated within the Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia (LBA). These tower sites included tropical humid and semideciduous forest, transitional forest, floodplain (with physiognomies of cerrado), and cerrado sensu stricto. The mean annual sensible heat flux at all sites ranged from 20 to 38 Wm(-2), and was generally reduced in the wet season and increased in the late dry season, coincident with seasonal variations of net radiation and soil moisture. The sites were easily divisible into two functional groups based on the seasonality of evaporation: tropical forest and savanna. At sites with an annual precipitation above 1900 mm and a dry season length less than 4 months (Manaus, Santarem and Rondonia), evaporation rates increased in the dry season, coincident with increased radiation. Evaporation rates were as high as 4.0 mm d(-1) in these evergreen or semidecidous forests. In contrast, ecosystems with precipitation less than 1700 mm and a longer dry season (Mato Grosso, Tocantins and Sao Paulo) showed clear evidence of reduced evaporation in the dry season. Evaporation rates were as low as 2.5 mm d(-1) in the transitional forests and 1 mm d(-1) in the cerrado. The controls on evapotranspiration seasonality changed along the biome gradient, with evaporative demand (especially net radiation) playing a more important role in the wetter forests, and soil moisture playing a more important role in the drier savannah sites.

Tecnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicadas ao mapeamento geologico e geotecnico no municipio de Tres Cachoeiras, litoral norte do Rio Grande do Sul

As técnicas de sensoriarnento remoto e geoprocessamento são fundamentais para processamento e integração de dados de mapeamento geológico/geotécnico, principalmente estudos de gerenciamento e planejamento. A área estudada compreende o município de Três Cachoeiras. Litoral Norte do Rio Grande do Sul o qual inclui-se na "Reserva da Biosfera da Mata Atlântica". O município tem st: deparado com problemas de localização de sitios adequados à disposição final dos resíduos sólidos. bem como o assentamento de loteamentos residenciais e industriais, localização de jazidas de extração de material para construção, fontes de abastecimento de água e necessidade de criação de áreas de preservação ambiental. O objetivo deste trabalho foi produzir mapeamentos da área em questão, através da pesquisa geológico-geotécnica desenvolvida com emprego de imagens de satélite e fotografias aéreas, em que as informações foram cruzadas no SIG. Baseado nisto, investigaram-se os aspectos acima mencionados. a partir de uma contribuição geológico/geotécnica ao município, incluindo-se levantamento de campo, fotointerpretação, processamento e classificação de imagens do município de Três Cachoeiras, sendo os dados integrados num sistema de geoprocessamento. Utilizando-se cartas planialtimétricas, fotografias aéreas e imagem de satélite LANDSAT TM5. foram criados planos de informação como o limite da área estudada, a estrutura viária municipal, a delimitação de reservas ecológicas baseadas na legislação ambiental vigente e, por meio do modelo numérico do terreno, a carta de declividade. A fotointerpretação gerou planos de rede de drenagem, litológica. morfoestruturas e formações superficiais. Os dados de campo. sobrepostos às litológicas obtidas por fotointerpretação, produziram a carta litológica. No tratamento das imagem, foram gerados produtos com contraste, operações entre bandas, filtragens e análise de componentes principais, os quais contribuíram parira classificação da imagem e resultando nos planos de rochas/solos e cobertura/uso do solo (carta de uso atual do solo). O cruzamento destas informações permitiu a obtenção da carta de formações superficiais, lidrogeológica que, juntamente com as cartas litológica, declividades e uso atual do solo distribuíram os atributos do meio físico em planos elaborados por novos cruzamentos, que satisfazem o objetivo do estudo, sendo estes planos o produto final, ou seja, cartas de recomendação: a extração de materiais para construção civil; a implantação de obras de infraestrutura; a disposição de resíduos sólidos e loteamentos; geotécnica à agricultura; à implantação de áreas destinadas à preservação ambienta1 e recuperação.

Extrativismo em área de reserva da biosfera da Mata Atlântica no Rio Grande do Sul : um estudo etnobiológico em Maquiné

As frondes de Rumohra adiantiformis (G.Forest.) Ching, conhecida como “leatherleaf”, “seven-weeks-fern” ou samambaia-preta, são usadas mundialmente em arranjos florais. Na África do Sul e Brasil o comércio da espécie é baseado no extrativismo. No Brasil a coleta é realizada em áreas de Mata Atlântica, sendo que 50% da produção provém das áreas de capoeira das encostas da Serra Geral no Rio Grande do Sul (RS). Atualmente, cerca de 2.000 famílias de agricultores familiares vivem nestas áreas, tendo no extrativismo sua principal fonte de renda. No entanto no RS a coleta, o comércio e o transporte de plantas ornamentais nativas são proibidos, já que nesta zona de transição da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica (Maquiné, RS) há grandes restrições quanto à exploração dos recursos naturais. O êxodo rural e o próprio extrativismo estabelecido a partir da década de 70, permitiram a regeneração da Floresta Ombrófila Densa. Como a espécie é característica de estágios sucessionais iniciais, a regeneração florestal está levando à diminuição dos estoques naturais. Este trabalho se propôs a identificar alternativas econômicas para diversificação da economia de famílias de extrativistas, no intuito de minimizar a tensão associada à diminuição dos estoques naturais de samambaia-preta, às dificuldades no manejo da terra e à legislação ambiental. Junto à comunidade extrativista do distrito de Solidão (Maquiné) foram coletados dados etnobiológicos sobre plantas medicinais e plantas relacionadas ao artesanato. As principais espécies identificadas foram: Bambusa tuldoides (taquareira, colmo), Clytostoma sciuripabulum (cipó-branco, caule), Cyperus prolixus (tiririca, partes aéreas), Musa acuminata (bananeira, palha), Scirpus californicus (junco, partes aéreas), Typha dominguensis (taboa, partes aéreas), sendo que Macfadyena dentata (cipó-unha-de-gato, caule), Roupala brasiliensis (carvalho-brasileiro, folhas) e Tillandsia usneoides (barbade- pau, planta inteira) são as espécies prioritárias para a avaliação da sustentabilidade do extrativismo. Os dados etnobiológicos e ecológicos mostram que é possível estabelecer o manejo sustentável da R. adiantiformis. Os maiores entraves para o estabelecimento do manejo sustentado para as espécies identificadas incluem: a) estabelecer as bases de manejo sustentável destas espécies; b) compatibilizar esta atividade extrativista com o atual Código Florestal Estadual. Plantas medicinais não parecem ser uma alternativa viável a curto prazo, enquanto o artesanato requer a adequação da atividade artesanal no meio rural com os direitos à aposentadoria rural.

Alteração da qualidade do solo em zona ripária sob diferentes usos: potencial de poluição para um manancial tropical

The demographic growth press environments that are more susceptible to perturbations, like riparian areas, without knowing about the effects of replacing these natural environments by different land uses on soil quality and, consequently, on watershed. The study of soil quality has evolved as an important tool for soil sustainable management of this component of the biosphere that affects aquatic and terrestrial ecosystems functions. Thus, physical and chemical soil proprieties were measured to assess soil quality under different land uses (agricultural, pasture, urban, industrial and natural vegetation,) in the riparian zone of Extremoz Lake, an important human water source, evaluating whether the soil offers potential risk to water pollution. Data were subjected to descriptive statistics and Principal Component Analysis (PCA). The results showed negative changes in soil quality such as alkalinization and increase in P, Pb, Mn and Zn contents in most anthropized areas. The sandy texture and low organic matter content in all soils showed the fragility of the soil to erosion and leaching of elements in excess to water bodies, evidencing that this soils has potential to diffuse contaminants. Conservative management of soil is necessary to provide an adequate ecological state in riparian zones of the Extremoz Lake, thus allowing controlling and buffering diffuse sources of pollution to this important water supply source

Aplicação dos isótopos estáveis em aqüicultura

O produto mais importante do conhecimento é a ignorância. A situação sugere a imagem de alguém que vive numa ilha de conhecimento cercado por um mar de ignorância. Quando a área dessa ilha aumenta pelo progresso da ciência, também aumenta o litoral, - a fronteira com o desconhecido. Esta expansão é o fruto mais valioso do conhecimento (David Gross, Nobel em Física, 2004). O uso dos isótopos estáveis dos bioelementos (CHON'S) presentes na Atmosfera, Hidrosfera, Litosfera e Biosfera enquadra-se neste contexto, surgindo como ferramenta de alto potencial em pesquisas nas diversas áreas das Ciências da Vida. Com organismos aquáticos, a aplicação dos isótopos estáveis do carbono (δ 13C) e do nitrogênio (δ 15N) tem ocorrido em diversas áreas. em larvas de pacu Piaractus mesopotamicus, a técnica evidenciou a escolha voluntária entre organismos vivos e dieta seca pelos animais, desde as primeiras alimentações até o final da larvicultura. Na carcinicultura, o crescimento do Penaeus vannamei resultou do aproveitamento dos alimentos oferecidos e da produtividade primária do lago (biota). Por meio do balanço de massa e isotópico foi possível determinar a contribuição da biota, da ordem de 44 a 86% do carbono assimilado pelos animais durante o crescimento. Outro exemplo é com o caranguejo de mangue Sesarma rectum, em que sua preferência alimentar por Spartina alterniflora (C4) versus Rhizophora mangle (C3) ou Hibiscus tiliaceus (C3) foi evidenciada pelo modelo isotópico de duas fontes alimentares e os isótopos estáveis do carbono (δ13C). A técnica dos isótopos estáveis associada ao conhecimento dos conceitos básicos da variabilidade isotópica natural e ao uso criterioso das razões 13C/12C; ²H/¹H; 18O/16O; 15N/14N e 36S/34S revela-se como um avanço na fronteira dos conhecimentos, nas diversas reentrâncias do litoral da aqüicultura.

Modelling short-term temporal changes of bare soil CO2 emissions in a tropical agrosystem by using meteorological data

Determining the variability of carbon dioxide emission from soils is an important task as soils are among the largest sources of carbon in biosphere. In this work the temporal variability of bare soil CO2 emissions was measured over a 3-week period. Temporal changes in soil CO2 emission were modelled in terms of the changes that occurred in solar radiation (SR), air temperature (T-air), air humidity (AR), evaporation (EVAP) and atmospheric pressure (ATM) registered during the time period that the experiment was conducted. The multiple regression analysis (backward elimination procedure) includes almost all the meteorological variables and their interactions into the final model (R-2 = 0.98), but solar radiation showed to be the one of the most relevant variables. The present study indicates that meteorological data could be taken into account as the main forces driving the temporal variability of carbon dioxide emission from bare soils, where microbial activity is the sole source of carbon dioxide emitted. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

A case study of convective organization into precipitating lines in the Southwest Amazon during the WETAMC and TRMM-LBA

A case study of convective development in the Southwest Amazon region during the Wet Season Atmospheric Mesoscale Campaign (WETAMC) and Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)/Large-Scale Biosphere-Atmosphere (LBA) Experiment in Amazonia is presented. The convective development during 7 February 1999 is shown to occur during a period of very weak large-scale forcing in the presence of topography and deforestation. The available data include dual Doppler radar analysis, radiosonde launches, and surface and boundary layer observations. The observational analysis is complemented with a series of model simulations using the RAMS with 2-km resolution over a 300 km 300 km area forced by a morning radiosonde profile. A comparison of the observed and simulated thermodynamic transformation of the boundary layer and of the formation of convective lines, and of their kinematic and microphysical properties is presented. It is shown that only a few very deep and intense convective cells are necessary to explain the overall precipitating line formation and that discrete propagation and coupling with upper atmosphere circulations may explain the appearance of several lines. The numerical simulation indicates that topography may be the cause of initial convective development, although later on the convective line is parallel to the midlevel shear. There are indications that small-scale deforestation may have an effect on increasing rainfall in the wet season when the large-scale forcing is very weak.

Convective storm initiation in a moist tropical environment

Radar and satellite data from the Tropical Rainfall Measuring Mission-Large-Scale Biosphere-Atmosphere (TRMM-LBA) project have been examined to determine causes for convective storm initiation in the southwest Amazon region. The locations and times of storm initiation were based on the National Center for Atmospheric Research (NCAR) S-band dual-polarization Doppler radar (S-Pol). Both the radar and the Geostationary Operational Environmental Satellite-8 (GOES-8) visible data were used to identify cold pools produced by convective precipitation. These data along with high-resolution topographic data were used to determine possible convective storm triggering mechanisms. The terrain elevation varied from 100 to 600 m. Tropical forests cover the area with numerous clear-cut areas used for cattle grazing and farming. This paper presents the results from 5 February 1999. A total of 315 storms were initiated within 130 km of the S-Pol radar. This day was classified as a weak monsoon regime where convection developed in response to the diurnal cycle of solar heating. Scattered shallow cumulus during the morning developed into deep convection by early afternoon. Storm initiation began about 1100 LST and peaked around 1500-1600 LST. The causes of storm initiation were classified into four categories. The most common initiation mechanism was caused by forced lifting by a gust front (GF; 36%). Forcing by terrain (>300 m) without any other triggering mechanism accounted for 21% of the initiations and colliding GFs accounted for 16%. For the remaining 27% a triggering mechanism was not identified. Examination of all days during TRMM-LBA showed that this one detailed study day was representative of many days. A conceptual model of storm initiation and evolution is presented. The results of this study should have implications for other locations when synoptic-scale forcing mechanisms are at a minimum. These results should also have implications for very short-period forecasting techniques in any location where terrain, GFs, and colliding boundaries influence storm evolution.

Biósfera y desarrollo

Incluye Bibliografía

Florística e distribuição de epífitas vasculares em floresta alta de restinga na planície litorânea da praia da fazenda, núcleo Picinguaba, parque estadual Serra do Mar, município de Ubatuba, SP

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Biologia Vegetal) - IBRC

Descrevendo a (in)coerência entre consciência e práticas ambientais sustentáveis: um estudo com alunos de engenharia ambiental

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Prospecção de gênes de celulase presentes em biblioteca metagenômica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)