Including the sub-grid scale plume rise of vegetation fires in low resolution atmospheric transport models

We describe and begin to evaluate a parameterization to include the vertical transport of hot gases and particles emitted from biomass burning in low resolution atmospheric-chemistry transport models. This sub-grid transport mechanism is simulated by embedding a 1-D cloud-resolving model with appropriate lower boundary conditions in each column of the 3-D host model. Through assimilation of remote sensing fire products, we recognize which columns have fires. Using a land use dataset appropriate fire properties are selected. The host model provides the environmental conditions, allowing the plume rise to be simulated explicitly. The derived height of the plume is then used in the source emission field of the host model to determine the effective injection height, releasing the material emitted during the flaming phase at this height. Model results are compared with CO aircraft profiles from an Amazon basin field campaign and with satellite data, showing the huge impact that this mechanism has on model performance. We also show the relative role of each main vertical transport mechanisms, shallow and deep moist convection and the pyro-convection (dry or moist) induced by vegetation fires, on the distribution of biomass burning CO emissions in the troposphere.

Signal classification of submerged aquatic vegetation based on the hemispherical-conical reflectance factor spectrum shape in the yellow and red regions

The water column overlying the submerged aquatic vegetation (SAV) canopy presents difficulties when using remote sensing images for mapping such vegetation. Inherent and apparent water optical properties and its optically active components, which are commonly present in natural waters, in addition to the water column height over the canopy, and plant characteristics are some of the factors that affect the signal from SAV mainly due to its strong energy absorption in the near-infrared. By considering these interferences, a hypothesis was developed that the vegetation signal is better conserved and less absorbed by the water column in certain intervals of the visible region of the spectrum; as a consequence, it is possible to distinguish the SAV signal. To distinguish the signal from SAV, two types of classification approaches were selected. Both of these methods consider the hemispherical-conical reflectance factor (HCRF) spectrum shape, although one type was supervised and the other one was not. The first method adopts cluster analysis and uses the parameters of the band (absorption, asymmetry, height and width) obtained by continuum removal as the input of the classification. The spectral angle mapper (SAM) was adopted as the supervised classification approach. Both approaches tested different wavelength intervals in the visible and near-infrared spectra. It was demonstrated that the 585 to 685-nm interval, corresponding to the green, yellow and red wavelength bands, offered the best results in both classification approaches. However, SAM classification showed better results relative to cluster analysis and correctly separated all spectral curves with or without SAV. Based on this research, it can be concluded that it is possible to discriminate areas with and without SAV using remote sensing. © 2013 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.

Disturbances, elevation, topography and spatial proximity drive vegetation patterns along an altitudinal gradient of a top biodiversity hotspot

The correlation between vegetation patterns (species distribution and richness) and altitudinal variation has been widely reported for tropical forests, thereby providing theoretical basis for biodiversity conservation. However, this relationship may have been oversimplified, as many other factors may influence vegetation patterns, such as disturbances, topography and geographic distance. Considering these other factors, our primary question was: is there a vegetation pattern associated with substantial altitudinal variation (10-1,093 m a.s.l.) in the Atlantic Rainforest-a top hotspot for biodiversity conservation-and, if so, what are the main factors driving this pattern? We addressed this question by sampling 11 1-ha plots, applying multivariate methods, correlations and variance partitioning. The Restinga (forest on sandbanks along the coastal plains of Brazil) and a lowland area that was selectively logged 40 years ago were floristically isolated from the other plots. The maximum species richness (>200 spp. per hectare) occurred at approximately 350 m a.s.l. (submontane forest). Gaps, multiple stemmed trees, average elevation and the standard deviation of the slope significantly affected the vegetation pattern. Spatial proximity also influenced the vegetation pattern as a structuring environmental variable or via dispersal constraints. Our results clarify, for the first time, the key variables that drive species distribution and richness across a large altitudinal range within the Atlantic Rainforest. © 2013 Springer Science+Business Media Dordrecht.

Connectivity processes and riparian vegetation of the upper Paraná River, Brazil

In fluvial systems, the relationship between a dominant variable (e.g. flood pulse) and its dependent ones (e.g. riparian vegetation) is called connectivity. This paper analyzes the connectivity elements and processes controlling riparian vegetation for a reach of the upper Paraná River (Brazil) and estimates the future changes in channel-vegetation relationship as a consequence of the managing of a large dam. The studied reach is situated 30km downstream from the Porto Primavera Dam (construction finished in 1999). Through aerial photography (1:25,000, 1996), RGB-CBERS satellite imagery and a previous field botany survey it was possible to elaborate a map with the five major morpho-vegetation units: 1) Tree-dominated natural levee, 2) Shrubby upper floodplain, 3) Shrub-herbaceous mid floodplain, 4) Grass-herbaceous lower floodplain and 5) Shrub-herbaceous flood runoff channel units. By use of a detailed topographic survey and statistical tools each morpho-vegetation type was analyzed according to its connectivity parameters (frequency, recurrence, permanence, seasonality, potamophase, limnophase and FCQ index) in the pre- and post-dam closure periods of the historical series. Data showed that most of the morpho-vegetation units were predicted to present changes in connectivity parameters values after dam closing and the new regime could affect, in different intensity, the river ecology and particularly the riparian vegetation. The methods used in this study can be useful for dam impact studies in other South American tropical rivers. © 2012 Elsevier Ltd.

Ecosystem services and urban vegetation coverage in Belém: the influence on noise pollution, air pollution and climate regulation

A ligação entre as zonas urbanas e as questões ambientais ficam mais próximas na medida em que cresce a conscientização global de conservar, melhorar e valorizar os serviços ambientais prestados pela natureza para a sustentabilidade da vida, dentro e fora da cidade. Cobertura vegetal (ou cobertura verde) está dentre as principais fontes de tais serviços. Uma vez que o processo de urbanização se mostra irreversível e os problemas ambientais urbanos se alastram em tamanho e extensão, a presença do verde está diretamente relacionada aos indicadores de qualidade de vida urbana. Como reflexo do processo de urbanização, a cidade de Belém perdeu uma grande porcentagem de seus ecossistemas naturais, de modo que este trabalho se concentrou em analisar alguns serviços ecossistêmicos—qualidade do ar, poluição do ar e regulação do clima - fornecidos pela qualidade e pela quantidade de cobertura vegetal local, considerando as alterações na distribuição espaço-temporal, em três distritos administrativos. Um marco teórico foi construído e analisado; a cobertura vegetal foi calculada, utilizando-se NDVI e Cobertura Vegetal Fracional em imagens do LANDSAT 5, ao longo de um período de 23 anos. A partir de uma proposta de escala mais detalhada de NDVI, análises quantitativas e qualitativas da cobertura verde evidenciaram perda significativa de cobertura muito densa, densa, moderada e aumento de áreas de pouca ou nenhuma vegetação. Ademais, lesão das áreas verdes sinalizou tendências de aumento da poluição do ar, da poluição sonora e da temperatura. A carência de dados relacionados ao meio ambiente não deixa dúvida sobre a urgência de investimento nos serviços ambientais provenientes da cobertura vegetal, para a sustentabilidade urbana em Belém, cujos cenários previstos são de drásticas perdas de área verde. Mais pesquisas e iniciativas de instituições públicas e privadas são necessárias para a contribuição aos serviços ambientais em Belém e, consequentemente, ao bem-estar público.

The coastal restinga vegetation of Pará, Brazilian Amazon: a synthesis

Este artigo apresenta uma revisão dos estudos (alguns não publicados) da vegetação de restinga da costa do Estado do Pará, na região norte do Brasil. Ao todo foram registradas 411 espécies de plantas vasculares, sendo as famílias Fabaceae, Poaceae, Cyperaceae, Rubiaceae e Myrtaceae as mais ricas em espécies. Dentre as espécies da restinga, 48% são ervas terrestres, 39% são palmeiras, árvores e arbustos, sendo o restante constituído por lianas e epífitas. As espécies são amplamente distribuídas ocorrendo inclusive em ambientes costeiros de outras regiões brasileiras, como a região sudeste, assim como em ambientes não costeiros da Amazônia. Apenas duas espécies parecem ser exclusivamente costeiras, já outras espécies parecem ter preferência por ambientes de solo arenoso em geral. Diferentes associações de plantas são descritas e agrupadas em diferentes tipos de "formações vegetais" associadas à certos habitats, mas os dados da literatura não permitem identificar com precisão tais associações em toda a costa. Análises estatísticas mostraram que a distribuição das espécies ao longo da costa não apresentam nenhum padrão de agrupamento. Mudanças na composição da vegetação de restinga nas estações seca e chuvosa são mais provavelmente ligadas à variação do nível do lençol freático. As florestas de restinga são, em sua maioria, abertas e de pequeno porte. Entre as espécies arbóreas dominantes estão: Humiria balsamifera Aubl., Pouteria ramiflora (Mart.) Radlk., Anacardium occidentale L., Byrsonima crassifolia (L.) Kunth e Tapirira guianensis Aubl.

Mangrove vegetation in Amazonia: a review of studies from the coast of Pará and Maranhão States, north Brazil

O presente estudo apresenta uma compilação da literatura sobre a vegetação dos manguezais da costa norte do Brasil, apresentando uma síntese do conhecimento e listando a literatura disponível. O estudo se concentra na costa dos estados do Pará e Maranhão que formam um cinturão contínuo de manguezais. Foram contabilizadas seis espécies arbóreas exclusivas de mangue e várias outras associadas. A altura e o diâmetro das árvores de mangue variam em função de parâmetros abióticos locais. As variações sazonais do regime de chuvas e da salinidade afetam a fenologia das espécies e a produção de serapilheira. A população costeira utiliza a flora do manguezal para diferentes fins (ex: combustível, medicinal, construção rural). O aumento da ocupação costeira inicia um processo de impacto para as florestas de mangue e a disponibilidade de seus recursos.

Effects of marginal vegetation removal on Odonata communities

OBJETIVOS: Com o intuito de avaliar os efeitos de mudanças na integridade ambiental sobre os indivíduos da comunidade de Odonata da sub-bacia do rio Borecaia, testamos a hipótese de que a riqueza de Anisoptera seria afetada positivamente pela remoção da vegetação; por outro lado, a riqueza Zygoptera seria prejudicada em virtude de suas necessidades ecofisiológicas; MÉTODOS: Selecionamos 10 riachos de ordens similares, seis classificados como preservados e quatro como alterados. Riachos classificados como preservados apresentaram valores do Índice valores de Integridade Habitat (HII) acima de 0.70 e mata continua nas duas margens com uma largura mínima de 70 metros. Cada ponto foi amostrado três vezes em dias diferentes. O efeito de remoção de vegetação sobre a riqueza foi avaliada utilizando Jackknife de primeira ordem; RESULTADOS: A diminuição da integridade física (mensurada com o IIH) dos córregos não exerceu efeito significativo sobre a riqueza estimada para a Ordem Odonata. Porém, a riqueza estimada de Anisoptera apresentou uma relação inversa com a integridade (r² = 0.485; p = 0.025), mostrando que com o aumento da integridade houve uma redução na sua riqueza de espécies; DISCUSSÃO: Como um padrão geral, Anisoptera apresenta maiores valores de riqueza em locais alterados; por outro lado, Zygoptera apresenta maiores valores em preservados. Devido suas restrições ecofisiologicas Odonata apresentou uma grande variação na sua composição e riqueza de espécie entre os dois tipos de ambientes, isso reforça o potencial da ordem em estudos de monitoramento ambiental e também mostra que Zygoptera será mais afetada pelas transformações de habitat. No entanto, futuros estudos incluindo mais amostras e diferentes córregos são necessários para confirmar este padrão sendo uma linha de pesquisa interessante para trabalhos futuros.

Hydromorphic Soil, Topographic Depression and Vegetation Development History by Using 13c and 14c In Rondônia State (sw Brazilian Amazon)

13C e 14C obtidos da matéria orgânica do solo foram usados para diferenciar fases de flutuação da vegetação em transição floresta-savana. A região apresenta baixos platôs com depressões topográficas imperfeitamente drenadas na superfície. Na topossequência estudada foram analisados solos de cinco perfis localizados sob floresta (F), transição floresta-savana (S1), borda da depressão sob savana (S2) e centro da depressão sob savana (S3). Os valores de 13C e idades evidenciam que a ~ 200cm de profundidade, com idades entre ~ 12.000 e 10.000 A.P., valores de -27‰ a -27,7‰ indicam vegetação de floresta (C3) em todos os perfis. Na profundidade de 100 cm, com idades entre ~ 6.000 e 5.000 A.P., houve enriquecimento de – 20,2‰ a -22,3‰, indicando regressão da floresta e expansão da savana. Valores entre -15,9 e -18,7‰ a 50-60 cm, estimado entre ~ 4.700 a 3.800 A.P., sugere máxima expansão da vegetação C4 em resposta às condições climáticas mais secas, exceto no perfil S3 com valores mais empobrecidos (-20,9‰), sugerindo que na depressão, o desenvolvimento da hidromorfia possibilitou a presença de espécies de gramíneas C3 e C4 da savana em resposta as mudanças das condições ambientais.

The role of native vegetation on infection rates of Calacarus heveae (Acari: Eriophyidae) by Hirsutella thompsonii (Ascomycota: Ophiocordycipitaceae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mites from Cerrado fragments and adjacent soybean crops: does the native vegetation help or harm the plantation?

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cerrado vegetation and global change: the role of functional types, resource availability and disturbance in regulating plant community responses to rising CO2 levels and climate warming

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Feedbacks between vegetation and disturbance processes promote long-term persistence of forest-grassland mosaics in south Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A multisensor, multitemporal approach for monitoring herbaceous vegetation growth in the Amazon floodplain

The Amazon River floodplain is an important source of atmospheric CO2 and CH4. Aquatic herbaceous vegetation (macrophytes) have been shown to contribute significantly to floodplain net primary productivity (NPP) and methane emission in the region. Their fast growth rates under both flooded and dry conditions make herbaceous vegetation the most variable element in the Amazon floodplain NPP budget, and the most susceptible to environmental changes. The present study combines multitemporal Radarsat-1 and MODIS images to monitor spatial and temporal changes in herbaceous vegetation cover in the Amazon floodplain. Radarsat-1 images were acquired from Dec/2003 to Oct/2005, and MODIS daily surface reflectance products were acquired for the two cloud-free dates closest to each Radarsat-1 acquisition. An object-based, hierarchical algorithm was developed using the temporal SAR information to discriminate Permanent Open Water (OW), Floodplain (FP) and Upland (UL) classes at Level 1, and then subdivide the FP class into Woody Vegetation (WV) and Possible Macrophytes (PM) at Level 2. At Level 3, optical and SAR information were combined to discriminate actual herbaceous cover at each date. The resulting maps had accuracies ranging from 80% to 90% for Level 1 and 2 classifications, and from 60% to 70% for Level 3 classifications, with kappa values ranging between 0.7 and 0.9 for Levels 1 and 2 and between 0.5 and 0.6 for Level 3. All study sites had noticeable variations in the extent of herbaceous cover throughout the hydrological year, with maximum areas up to four times larger than minimum areas. The proposed classification method was able to capture the spatial pattern of macrophyte growth and development in the studied area, and the multitemporal information was essential for both separating vegetation cover types and assessing monthly variation in herbaceous cover extent.