Fluxos de radiação, água e carbono em ecossistemas terrestres na Amazônia oriental com base em dados MODIS
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
Texto Completo: | http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/07.15.14.59 |
Resumo: | O objetivo principal desta pesquisa foi obter estimativas dos componentes do balanço de radiação (Rn), evapotranspiração (ET), produtividade primária bruta (GPP), e eficiência de uso da água (WUE) em escala regional, abrangendo sete bacias na porção leste da Amazônia, entre 2001 e 2013, a partir da utilização de dados do sensor MODIS. Os objetivos específicos incluíram: i) desenvolver uma abordagem para estimativa do Rn e seus componentes sob diversas condições do céu na região amazônica utilizando apenas dados de sensoriamento remoto (MODIS) e reanálise (GLDAS), através da adaptação do modelo SEBAL; ii) calcular a WUE a partir de dados de ET e GPP provenientes dos algoritmos MOD16 e MOD17, respectivamente; iii) analisar a dinâmica espacial e temporal dos fluxos de radiação, água e carbono na área de estudo; iv) avaliar a magnitude e variabilidade temporal dos fluxos de radiação, água e carbono em diferentes tipos de uso e cobertura da terra verificados na região; e v) avaliar os impactos de mudanças de uso e cobertura da terra nos fluxos de energia e carbono. A comparação das estimativas obtidas pelo método proposto para determinação dos fluxos radiativos com observações de torres do LBA mostrou erros médios de $\sim$14 e 13\% para o Rn instantâneo e diário, respectivamente. Os produtos MOD16 (ET) e MOD17 (GPP) apresentaram erros, em média, de $\sim$14 e 30\%, enquanto as estimativas de WUE tiveram um erro médio de $\sim$32\%. A variabilidade espacial do Rn, ET, GPP, e WUE esteve associada principalmente ao gradiente de uso e cobertura da terra ao longo da região. Os maiores valores dessas variáveis foram observados na porção centro-norte (sul do estado do Pará), ao passo que os menores foram verificados na porção centro-sul (norte do estado do Mato Grosso). Isso esteve relacionado ao fato de que o setor centro-norte, mesmo apresentando áreas com forte ocorrência de desmatamento, possui maiores áreas de floresta (primária ou secundária) em relação ao setor centro-sul. Temporalmente, o Rn, ET, GPP, e WUE na área de estudo mostraram um padrão sazonal bem pronunciado, variando com as estações úmida (janeiro a junho) e seca (julho a dezembro) na região. Os ecossistemas de floresta tropical primária (FP), vegetação secundária (VS) e cerrado (CE) apresentaram menores valores de temperatura do ar e da superfície, albedo, radiação infravermelha termal incidente (L$\downarrow$) e emitida (L$\uparrow$), e maiores valores de Rn, GPP, ET, e WUE em relação à soja (SO) e pastagem (PA). O comportamento temporal dos fluxos de radiação, água e carbono nos diferentes ecossistemas terrestres esteve diretamente associado com a sazonalidade climática da região, ou seja, às características intrínsecas aos períodos chuvoso e seco. Tais características influenciaram no comportamento dos parâmetros biofísicos da vegetação e, consequentemente, nos fluxos de superfície. Constatou-se que a conversão de FP para SO possui um maior impacto no clima regional da porção leste da Amazônia na comparação com a alteração de FP para PA. Ainda, foi verificado que, de um modo geral, em ambas as situações (FP para PA e FP para SO) os maiores impactos nas magnitudes dos valores ocorrem durante a estação seca. Em suma, a utilização de dados do sensor MODIS em conjunto com reanálises foi adequada no sentido de quantificar e mapear de maneira consistente a distribuição espacial dos fluxos de radiação, água e carbono na porção oriental da Amazônia durante um período de 13 anos. Esse conjunto de dados possibilitou a aquisição de informações tanto sob o contexto regional quanto sob ecossistemas terrestres específicos existentes nesse setor da região amazônica. Tais informações são extremamente importantes no sentido de melhor compreender o acoplamento entre os ciclos hidrológicos e de carbono na Amazônia, bem como proporcionar um conhecimento mais aprofundado da variabilidade climática nesse ambiente em base regional. |
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info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisFluxos de radiação, água e carbono em ecossistemas terrestres na Amazônia oriental com base em dados MODISFluxes of radiation, water and carbon over terrestrial ecosystems in eastern Amazon based on MODIS data2016-07-22Elisabete Caria MoraesNathaniel Alan BrunsellLuiz Eduardo Oliveira e Cruz de AragãoYosio Edemir ShimabukuroGilvan Sampaio de OliveiraDaniel de Castro VictoriaLuiz Marcelo Mattos ZeriGabriel de OliveiraInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento RemotoINPEBRsensoriamento remotobalanço de radiaçãoeficiência de uso da águaMODISAmazôniaremote sensingnet radiationwater-use efficiencyAmazoniaO objetivo principal desta pesquisa foi obter estimativas dos componentes do balanço de radiação (Rn), evapotranspiração (ET), produtividade primária bruta (GPP), e eficiência de uso da água (WUE) em escala regional, abrangendo sete bacias na porção leste da Amazônia, entre 2001 e 2013, a partir da utilização de dados do sensor MODIS. Os objetivos específicos incluíram: i) desenvolver uma abordagem para estimativa do Rn e seus componentes sob diversas condições do céu na região amazônica utilizando apenas dados de sensoriamento remoto (MODIS) e reanálise (GLDAS), através da adaptação do modelo SEBAL; ii) calcular a WUE a partir de dados de ET e GPP provenientes dos algoritmos MOD16 e MOD17, respectivamente; iii) analisar a dinâmica espacial e temporal dos fluxos de radiação, água e carbono na área de estudo; iv) avaliar a magnitude e variabilidade temporal dos fluxos de radiação, água e carbono em diferentes tipos de uso e cobertura da terra verificados na região; e v) avaliar os impactos de mudanças de uso e cobertura da terra nos fluxos de energia e carbono. A comparação das estimativas obtidas pelo método proposto para determinação dos fluxos radiativos com observações de torres do LBA mostrou erros médios de $\sim$14 e 13\% para o Rn instantâneo e diário, respectivamente. 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Tais informações são extremamente importantes no sentido de melhor compreender o acoplamento entre os ciclos hidrológicos e de carbono na Amazônia, bem como proporcionar um conhecimento mais aprofundado da variabilidade climática nesse ambiente em base regional.This study aimed to estimate the components of net radiation (Rn), evapotranspiration (ET), gross primary productivity (GPP), and water-use efficiency on a regional scale, encompassing seven basins in the eastern part of Amazonia, between 2001 and 2013, through the utilization of MODIS sensor data. The specific aims included: i) to develop an approach to estimate Rn and its components under all-sky conditions for the Amazon region through the SEBAL model utilizing only remote sensing (MODIS) and reanalysis data (GLDAS); ii) to calculate WUE by the use of ET and GPP data obtained through MOD16 and MOD17 products, respectively; iii) to analyze the spatio-temporal dynamics of the fluxes of radiation, water and carbon over the study area; iv) to evaluate the magnitude and temporal variability of the fluxes of radiation, water and carbon in different land use and land cover types observed in the region; and v) to evaluate the impacts caused by land use and land cover changes on the energy and carbon fluxes. Comparison between estimates obtained by the proposed method to retrieve the radiative fluxes and observations from the LBA towers showed average errors of $\sim$14 and 13\% for instantaneous and daily Rn, respectively. The MOD16 and MOD17 products presented errors, on average, of $\sim$14 and 30\%, respectively, whilst WUE estimates showed an average error of $\sim$32\%. The spatial variability of Rn, ET, GPP, and WUE were primarily related to the gradient of land use and land cover along the region. The highest values were observed in the central-north portion (south of Pará state), whilst the lowest values were observed in the central-south portion (north of Mato Grosso state). It was related to the fact that the central-north part, even with areas of high occurrence of deforestation, has larger areas of forest (primary or secondary) than the central-south part. Temporally, Rn, ET, GPP, and WUE have shown a strongly seasonal pattern, varying according with wet (January to June) and dry (July to December) seasons in the region. The ecosystems of primary tropical forest (FP), secondary succession (VS) and cerrado (CE) had lower air and surface temperatures, albedo, thermal infrared incoming (L$\downarrow$) and outgoing (L$\uparrow$) radiation, and higher Rn, GPP, ET, and WUE compared to soybean (SO) and pasture (PA). The temporal behavior of the fluxes of radiation, water and carbon under the different terrestrial ecosystems was directly associated with the climatic seasonality of the region, that is, to the intrinsic characteristics of the rainy and dry seasons. These characteristics affected the behavior of biophysical parameters of vegetation and hence the surface fluxes. It was observed that the conversion from FP to SO has a greater impact on regional climate of the eastern portion of Amazon compared to the change from FP to PA. In addition, it was found that, in general, in both situations (FP to PA and FP to SO) the major impact on magnitude of the values occurs during the dry season. In summary, the use of MODIS data combined with reanalysis products was adequate to quantify and consistently map the spatial distribution of the fluxes of radiation, water and carbon in the eastern portion of Amazonia over a period of 13 years. This dataset allowed the acquisition of information both in the regional context and under different types of terrestrial ecosystems existent in this part of the Amazon. Such information are extremely important in order to better understand the coupling between the hydrologic and carbon cycles in Amazonia, as well as to provide a deeper knowledge of climate variability in this environment on a regional basis.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/07.15.14.59info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:55:08Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/07.15.14.59.55-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:55:09.79Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false |
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O objetivo principal desta pesquisa foi obter estimativas dos componentes do balanço de radiação (Rn), evapotranspiração (ET), produtividade primária bruta (GPP), e eficiência de uso da água (WUE) em escala regional, abrangendo sete bacias na porção leste da Amazônia, entre 2001 e 2013, a partir da utilização de dados do sensor MODIS. Os objetivos específicos incluíram: i) desenvolver uma abordagem para estimativa do Rn e seus componentes sob diversas condições do céu na região amazônica utilizando apenas dados de sensoriamento remoto (MODIS) e reanálise (GLDAS), através da adaptação do modelo SEBAL; ii) calcular a WUE a partir de dados de ET e GPP provenientes dos algoritmos MOD16 e MOD17, respectivamente; iii) analisar a dinâmica espacial e temporal dos fluxos de radiação, água e carbono na área de estudo; iv) avaliar a magnitude e variabilidade temporal dos fluxos de radiação, água e carbono em diferentes tipos de uso e cobertura da terra verificados na região; e v) avaliar os impactos de mudanças de uso e cobertura da terra nos fluxos de energia e carbono. A comparação das estimativas obtidas pelo método proposto para determinação dos fluxos radiativos com observações de torres do LBA mostrou erros médios de $\sim$14 e 13\% para o Rn instantâneo e diário, respectivamente. Os produtos MOD16 (ET) e MOD17 (GPP) apresentaram erros, em média, de $\sim$14 e 30\%, enquanto as estimativas de WUE tiveram um erro médio de $\sim$32\%. A variabilidade espacial do Rn, ET, GPP, e WUE esteve associada principalmente ao gradiente de uso e cobertura da terra ao longo da região. Os maiores valores dessas variáveis foram observados na porção centro-norte (sul do estado do Pará), ao passo que os menores foram verificados na porção centro-sul (norte do estado do Mato Grosso). Isso esteve relacionado ao fato de que o setor centro-norte, mesmo apresentando áreas com forte ocorrência de desmatamento, possui maiores áreas de floresta (primária ou secundária) em relação ao setor centro-sul. Temporalmente, o Rn, ET, GPP, e WUE na área de estudo mostraram um padrão sazonal bem pronunciado, variando com as estações úmida (janeiro a junho) e seca (julho a dezembro) na região. Os ecossistemas de floresta tropical primária (FP), vegetação secundária (VS) e cerrado (CE) apresentaram menores valores de temperatura do ar e da superfície, albedo, radiação infravermelha termal incidente (L$\downarrow$) e emitida (L$\uparrow$), e maiores valores de Rn, GPP, ET, e WUE em relação à soja (SO) e pastagem (PA). O comportamento temporal dos fluxos de radiação, água e carbono nos diferentes ecossistemas terrestres esteve diretamente associado com a sazonalidade climática da região, ou seja, às características intrínsecas aos períodos chuvoso e seco. Tais características influenciaram no comportamento dos parâmetros biofísicos da vegetação e, consequentemente, nos fluxos de superfície. Constatou-se que a conversão de FP para SO possui um maior impacto no clima regional da porção leste da Amazônia na comparação com a alteração de FP para PA. Ainda, foi verificado que, de um modo geral, em ambas as situações (FP para PA e FP para SO) os maiores impactos nas magnitudes dos valores ocorrem durante a estação seca. Em suma, a utilização de dados do sensor MODIS em conjunto com reanálises foi adequada no sentido de quantificar e mapear de maneira consistente a distribuição espacial dos fluxos de radiação, água e carbono na porção oriental da Amazônia durante um período de 13 anos. Esse conjunto de dados possibilitou a aquisição de informações tanto sob o contexto regional quanto sob ecossistemas terrestres específicos existentes nesse setor da região amazônica. Tais informações são extremamente importantes no sentido de melhor compreender o acoplamento entre os ciclos hidrológicos e de carbono na Amazônia, bem como proporcionar um conhecimento mais aprofundado da variabilidade climática nesse ambiente em base regional. |
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