Improved understanding of drought controls on seasonal variation in Mediterranean forest canopy CO2 and water fluxes through combined in situ measurements and ecosystem modelling

Water stress is a defining characteristic of Mediterranean ecosystems, and is likely to become more severe in the coming decades. Simulation models are key tools for making predictions, but our current understanding of how soil moisture controls ecosystem functioning is not sufficient to adequately constrain parameterisations. Canopy-scale flux data from four forest ecosystems with Mediterranean-type climates were used in order to analyse the physiological controls on carbon and water flues through the year. Significant non-stomatal limitations on photosynthesis were detected, along with lesser changes in the conductance-assimilation relationship. New model parameterisations were derived and implemented in two contrasting modelling approaches. The effectiveness of two models, one a dynamic global vegetation model ('ORCHIDEE'), and the other a forest growth model particularly developed for Mediterranean simulations ('GOTILWA+'), was assessed and modelled canopy responses to seasonal changes in soil moisture were analysed in comparison with in situ flux measurements. In contrast to commonly held assumptions, we find that changing the ratio of conductance to assimilation under natural, seasonally-developing, soil moisture stress is not sufficient to reproduce forest canopy CO2 and water fluxes. However, accurate predictions of both CO2 and water fluxes under all soil moisture levels encountered in the field are obtained if photosynthetic capacity is assumed to vary with soil moisture. This new parameterisation has important consequences for simulated responses of carbon and water fluxes to seasonal soil moisture stress, and should greatly improve our ability to anticipate future impacts of climate changes on the functioning of ecosystems in Mediterranean-type climates.

River Conservation: Going against the Flow to Meet Global Challenges

Rivers are among the most diverse and threatened ecosystems on Earth, as they are impacted by increasing human pressures. Because rivers provide essential goods and services, conservation of these ecosystems is a requisite for sustainable development. Therefore, we must seek ways to conserve healthy rivers and to restore degraded ones

Effects of solar activity and climate variability on large floods in Switzerland

The paper presents the variability of major floods in Switzerland for the period 1800-2008 from a summer index (INU). The index is constructed from the damage caused by flooding, with the aim of establishing the possible influence of the solar and climate variability on the major floods. The coincidence of flood-rich periods with those observed in other regions of different climate and fluvial regimes suggests that climate forcings and changes in the general circulation of the atmosphere are those who govern the appearance of these high-frequency temporal clusters.

Estudo das diferentes formas de fósforo nas águas da plataforma continental do Amazonas

Hydrological samples were collected on the continental shelf of the Amazon river to determine particulate organic and inorganic matter, dissolved organic phosphorus (DOP), phosphate, total particulate phosphorus (TPP), chlorophyll a, temperature, salinity, pH, water transparency, dissolved oxygen (DO) and saturation rate. The objective was to study the forms of DOP, phosphate and TPP. In the euphotic layer, the fluvial discharge from the Amazon river favored the distribution of phosphate, TPP and DOP. In the aphotic layer, the phosphate concentration increased due to the decomposition of DOP and TPP. This increase is due to the absence of photosynthetic processes.

Geoquímica de fósforo como indicadora da qualidade ambiental e dos processos estuarinos do Rio Jaguaribe - costa nordeste oriental brasileira

Phosphorus geochemistry as a proxy of environmental estuarine processes at the Jaguaribe River, Northeastern Brazil. Sedimentation of different phosphorus geochemical fractions can characterize the natural or anthropogenic processes dominant in the watershed. Selective chemical extraction of different phosphorus geochemical forms in estuarine sediments showed the predominance of inorganic over organic forms suggesting an increase in inorganic phosphorus input from anthropogenic sources. Local hydrochemistry favors the dominance of inorganic ferric and carbonatic phosphorus. Ongoing changes in the estuarine throphy, from mesothrophic to euthrophic, may decrease the immobilization of these forms, increasing dissolved phosphorus and favoring euthrophy. Detritic phosphorus suggests a fluvial origin of this fraction and acts as a tracer of river influence upon the estuary.

Emissões naturais e antrópicas de nitrogênio, fósforo e metais para a bacia do Rio Macaé (Macaé, RJ, Brasil) sob influência das atividades de exploração de petroleo e gás na Bacia de Campos

Emission factors of natural processes and anthropogenic activities were used to estimate nutrients and metal loads for the lower Macaé river basin, which hosts the operational base for the offshore oil and gas exploration in the Campos Basin. The estimates indicated that emissions from anthropogenic activities are higher than natural emissions. Major contributing drivers include husbandry and urbanization, whose effluents receive no treatment. The increasing offshore oil exploration along the Brazilian littoral has resulted in rapid urbanization and, therefore might increase the inshore emission of anthropogenic chemicals in cases where effective residue control measures are not implemented in fluvial basins of the region.

DISTRIBUIÇÃO E FRACIONAMENTO DO Hg EM SEDIMENTOS DO RIO PARAÍBA DO SUL – RJ, BRASIL

Mercury distribution and fractionation were determined in sediments from the Paraíba do Sul River – RJ, Brazil. Total mercury concentration ranged from 1 to 158 ng g-1. Hg associated with the weakly bound fraction was dominant in the estuarine areas (main - 60% and secondary - 55%); followed by fluvial end member (48%) and mangrove (18%). These results reinforce the mercury availability to fluvial and estuarine areas and emphasize the key role played by mangroves as an efficient biogeochemical barrier. In conclusion, the continuous reduction of the mangrove ecosystem around the world can exacerbate the damage resulting from the mercury accumulation.

Relações solo-geoambiente em áreas de ocorrências de Ipucas na planície do Médio Araguaia - Estado de Tocantins

Dentre as paisagens do médio rio Araguaia, destacam-se as extensas planícies e depressões sazonalmente alagadas. Nelas se inserem formações florestais higrófilas denominadas Ipucas, como enclaves peculiares pela sua fitossociologia e ambiente pedogeomorfológico. Esses fragmentos florestais naturais ocorrem na planície fluvial, em região de ecótono entre o Cerrado e a Floresta Amazônica. Neste estudo, foi selecionada uma área de 8.200 ha, situada no Município de Lagoa da Confusão, TO, sendo caracterizados nove perfis de solos em diferentes pedoambientes e suas inter-relações nas paisagens da planície do Araguaia, com ênfase nas áreas de Ipucas. Os pedoambientes apresentam grande diversidade, com amplo domínio de solos gleizados, pobres em nutrientes e com plintita em subsuperfície, com teores variáveis de carbono orgânico. Excetuando as áreas de calcário aflorante na borda elevada da planície, onde predominam Cambissolos Háplicos eutróficos com acentuada riqueza química, os solos predominantes no interior da planície do Médio Araguaia, dominantemente Plintossolos e Gleissolos, são acentuadamente pobres em nutrientes e ácidos, mesmo sob formações florestais de Ipucas. Nessas últimas, há um acúmulo de matéria orgânica pelo ambiente hidromórfico redutor e ácido. Por serem áreas extremamente frágeis a intervenções antrópicas, e pouco interligadas, as Ipucas devem ser consideradas áreas de preservação permanente, sendo estreitamente ligadas ao ciclo hidrológico da planície do Araguaia.

Morfometria de microbacias do Córrego Rico, afluente do Rio Mogi-Guaçu, Estado de São Paulo, Brasil

Este trabalho teve como objetivo avaliar as características morfométricas das microbacias (2ª, 3ª, 4ª e 5ª ordens de magnitude) da bacia hidrográfica do córrego Rico, sub-bacia do Rio Mogi-Guaçu, localizada na região administrativa de Ribeirão Preto, Estado de São Paulo, Brasil. Para tanto, foram determinados os parâmetros físicos e a configuração topográfica natural do sistema de drenagem. Os procedimentos para a obtenção dos dados foram fundamentados em técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento. A partir da vetorização das cartas topográficas correspondentes à área de estudo, realizou-se a análise morfométrica quanto às características dimensionais, do padrão de drenagem e do relevo no sistema de informação geográfica ArcView. A microbacia é considerada de sexta ordem de magnitude, com área estimada de 542 km², com 85 microbacias de segunda ordem, 22 de terceira, sete de quarta ordem e duas de quinta. Utilizando o critério geométrico, na disposição fluvial das sub-bacias de cabeceiras observou-se a predominância dos modelos dendríticos e subdendríticos, enquanto a jusante predominava o modelo subparalelo, respectivamente, nas áreas de ocorrências dos arenitos Bauru e rochas efusivas básicas.

Estratificação e caracterização ambiental da área de preservação permanente do Rio Guandu/RJ

O Rio Guandu é a principal fonte de abastecimento de água da região metropolitana do Rio de Janeiro, atendendo a, aproximadamente, nove milhões de pessoas. Este trabalho estratificou e caracterizou ambientalmente a Área de Preservação Permanente (APP) do Rio Guandu (faixa marginal de 100m), através da análise de aerofotos digitais não convencionais, obtidas a partir de uma câmera digital de pequeno formato, adaptada a um helicóptero (as aerofotos foram agrupadas em mosaicos para facilitar as etapas do geoprocessamento). A região correspondente a APP foi estratificada em quatro ambientes com características ecológicas distintas: Ambiente 1 (leito encaixado), Ambiente 2 (várzea fluvial), Ambiente 3 (planície aluvionar) e Ambiente 4 (fluviomarinho). A partir da sobreposição dos mapas de uso da terra, da proximidade da área urbano-industrial e da vegetação nativa, foi gerado um mapa do grau de degradação dos ambientes. Os usos predominantes foram pastagem (38%) e agricultura (18%). Os fragmentos florestais totalizaram apenas 11,6% da APP. Segundo a metodologia utilizada, o Ambiente 4 apresentou 51% de sua área, com um grau alto a muito alto de degradação, e o Ambiente 3 apresentou melhor estado de conservação em comparação aos demais. Os resultados sugeriram que a predominância das atividades agropecuárias, a proximidade de grandes centros urbanos e a área muito reduzida dos fragmentos florestais na APP do Rio Guandu podem comprometer a qualidade desse manancial.

Qualidade de dados fluviométricos obtidos através de perfilamento acústico

Perfiladores acústicos Doppler de corrente são, na atualidade, a principal opção para medição de vazão e monitoramento hidrodinâmico de cursos d'água, em substituição aos métodos tradicionais. A disseminação desse tipo de equipamento deve-se, principalmente, às suas vantagens operativas, que vão da rapidez de medição até o maior detalhamento e quantidade de informações geradas sobre a hidrodinâmica das seções hidrométricas. Assim como no emprego de métodos e equipamentos tradicionais, o uso de perfiladores acústicos Doppler deve ser pautado pela busca da qualidade dos dados, uma vez que estes são a base para projetos e gestão de obras e sistemas de recursos hídricos. Nesse sentido, o trabalho apresenta uma análise das incertezas de medição de uma campanha hidrométrica realizada no Rio Sapucaí (Piranguinho-MG), utilizando dois perfiladores Doppler distintos: um ADCP Rio Grande 1.200 kHz e um Qmetrix Qliner. Foram realizadas 10 medições consecutivas com cada equipamento, seguindo-se os protocolos de qualidade existentes na literatura e, posteriormente, uma análise de incerteza do Tipo A (ou seja, análise estatística de várias observações independentes das grandezas de entrada sob as mesmas condições). As medições do ADCP e Qliner apresentaram, respectivamente, incertezas-padrão de 0,679% e 0,508% em relação às médias. Tais resultados são satisfatórios e aceitáveis quando comparados a referências da literatura, indicando a validade do uso de perfiladores Doppler para a expansão de redes fluviométricas e geração de dados hidrológicos.

Comparando técnicas de nucleação utilizadas na restauração de áreas degradadas na Amazônia brasileira

A exploração de petróleo na Amazônia, em geral, implica na abertura de clareiras. No plantio tradicional de mudas de espécies arbóreas nessas áreas remotas degradadas, usam-se os transportes aéreo e fluvial de máquinas e insumos, o que encarece o processo de restauração. Objetivando o desenvolvimento de técnicas de nucleação de baixo custo baseadas na aplicação de elementos naturais disponíveis localmente, o que permite a regeneração natural de espécies pioneiras arbóreas, na região de Urucu, AM, foram testados cinco tratamentos com cinco repetições, distribuídos em quadrado latino de 25 x 25 m: T0 (controle), T1 (aplicação de "topsoil" sobre canteiros de solo escarificado manualmente, adubado e com laterais protegidas por troncos de Cecropia spp.), T2 (aplicação de "topsoil" sobre canteiros adubados e sem proteção lateral), T3 (aplicação de "topsoil" diretamente sobre a superfície adubada da área degradada) e T4 (aplicação de "topsoil" por hidrossemeadura sobre canteiros). Foram avaliados os efeitos sobre a densidade aparente e a fertilidade do solo e a densidade de plântulas emergidas e seu crescimento. Após 18 meses, os tratamentos T1, T2 e T3 apresentaram, respectivamente, o estabelecimento de 3, 1, 1 ind. m-2, com altura similar, provenientes do "topsoil". Os tratamentos T0 e T4 não apresentaram emergência de plântulas. A densidade do solo foi mais elevada nos tratamentos (>1,3 g cm-3) que na floresta (0,95 cm-3), enquanto a aplicação de fertilizante e calcário promoveu aumento na fertilidade do solo nos tratamentos, exceto de N e matéria orgânica, com teores mais elevados na floresta.

Phytosociology of the remaining xerophytic woodland associated to an environmental gradient at the banks of the São Francisco river - Petrolina, Pernambuco, Brazil

Floristic and phytosociological surveys were carried out for 12 months in the Embrapa-SPSB, Petrolina, Pernambuco, Brazil. A transect was laid on starting at the river bank extending for 790 m away from the river and divided into 140 10 × 10 m contiguous plots. In each plot, all standing plants, alive or dead, with stem diameter at soil level > 3 cm and total height > 1 m were sampled. Along this transect, an elevation range of 9.40 m was registered and five topographical environments were identified: riverside (MR), dike (D), floodable depression (DI), boundary terrace (TL) - all of them belonging to the fluvial terrace with Fluvic Neosol and Haplic Cambisol both silty textured eutrophic soils - and the inlander tableland (TS), with medium sandy-textured Red-Yellow Argisols. Fourty-eight species/morphospecies, distributed into 39 genera and 21 families, were identified. Four phytogeoenvironments (MR, D + TL, DI + TL, and TS) were registered based on environmental variations and floristic similarities among plots using cluster analyses. The MR environment showed the largest total density, total basal area, maximum and medium heights and maximum diameter. Moreover, it had 8.1% of plants with heights above 8 m against 0.6% for D + TL, 0.2% for DI + TL, and 0% for TS. The species with the largest importance value were Inga vera subsp. affinis (DC.) T.D. Pennington in MR, Mimosa bimucronata Kunth in D + TL and DI + TL and M. tenuiflora (Willd.) Poir. in TS.

Desmídias pseudofilamentosas na comunidade ficoperifítica do Reservatório de Rosana, Bacia do Rio Paranapanema, Brasil

(Desmídias pseudofilamentosas na comunidade ficoperifítica do Reservatório de Rosana, Bacia do Rio Paranapanema, Brasil). Este trabalho, objetivou o conhecimento das espécies de desmídias pseudofilamentosas da comunidade perifítica de três regiões do Reservatório de Rosana, sul do Brasil. As amostras foram coletadas nos períodos de outono e inverno em diferentes pontos ao longo do eixo rio-barragem do reservatório, abrangendo a região fluvial, intermediária e lacustre. Os substratos coletados, sempre na região litorânea e em todos os pontos de coleta, foram pecíolos de Eichhornia azurea Kunth. As desmídias pseudofilamentosas (Desmidiaceae) foram representadas por 13 táxons distribuídos em cinco gêneros: Desmidium C. Agardh (3), Hyalotheca Ehrenberg (1), Onychonema Wallich (3), Sphaerozosma Corda ex Ralfs (1) e Spondylosium Brébisson ex Kützing (5). Considerando os dois períodos amostrados, na região lacustre foi registrado maior número de espécies, sendo oito no outono e dez no inverno. Independentemente da época de coleta, na região fluvial não houve ocorrência de desmídias pseudofilamentosas, da mesma forma que na região intermediária no período do outono.

Fluvio-morphological processes of meander bends - Combining conventional field measurements, close-range remote sensing and computational modelling

Meandering rivers have been perceived to evolve rather similarly around the world independently of the location or size of the river. Despite the many consistent processes and characteristics they have also been noted to show complex and unique sets of fluviomorphological processes in which local factors play important role. These complex interactions of flow and morphology affect notably the development of the river. Comprehensive and fundamental field, flume and theoretically based studies of fluviomorphological processes in meandering rivers have been carried out especially during the latter part of the 20th century. However, as these studies have been carried out with traditional field measurements techniques their spatial and temporal resolution is not competitive to the level achievable today. The hypothesis of this study is that, by exploiting e increased spatial and temporal resolution of the data, achieved by combining conventional field measurements with a range of modern technologies, will provide new insights to the spatial patterns of the flow-sediment interaction in meandering streams, which have perceived to show notable variation in space and time. This thesis shows how the modern technologies can be combined to derive very high spatial and temporal resolution data on fluvio-morphological processes over meander bends. The flow structure over the bends is recorded in situ using acoustic Doppler current profiler (ADCP) and the spatial and temporal resolution of the flow data is enhanced using 2D and 3D CFD over various meander bends. The CFD are also exploited to simulate sediment transport. Multi-temporal terrestrial laser scanning (TLS), mobile laser scanning (MLS) and echo sounding data are used to measure the flow-based changes and formations over meander bends and to build the computational models. The spatial patterns of erosion and deposition over meander bends are analysed relative to the measured and modelled flow field and sediment transport. The results are compared with the classic theories of the processes in meander bends. Mainly, the results of this study follow well the existing theories and results of previous studies. However, some new insights regarding to the spatial and temporal patterns of the flow-sediment interaction in a natural sand-bed meander bend are provided. The results of this study show the advantages of the rapid and detailed measurements techniques and the achieved spatial and temporal resolution provided by CFD, unachievable with field measurements. The thesis also discusses the limitations which remain in the measurement and modelling methods and in understanding of fluvial geomorphology of meander bends. Further, the hydro- and morphodynamic models’ sensitivity to user-defined parameters is tested, and the modelling results are assessed against detailed field measurement. The study is implemented in the meandering sub-Arctic Pulmanki River in Finland. The river is unregulated and sand-bed and major morphological changes occur annually on the meander point bars, which are inundated only during the snow-melt-induced spring floods. The outcome of this study applies to sandbed meandering rivers in regions where normally one significant flood event occurs annually, such as Arctic areas with snow-melt induced spring floods, and where the point bars of the meander bends are inundated only during the flood events.