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In this paper we present indices of climate change based on daily maximum (TX) and minimum (TN) temperature data collected by the National Institute of Meteorology in Rio de Janeiro city in the period 1967-2001. A total of 13 indices were considered as defined in Peterson et al. (2001): SU25, TR20, TXx, TNx, TXn, TNn, TN10p, TX10p, TN90p, TX90p, WSDI, CSDI and DTR. The ordinary climatological station (83007) of Alto da Boa Vista was chosen because it is located in a forested area, since its installation, without relocations. It had been working during the period of June, 1st 1966 to September, 26th 2008 in the same place (latitude: 22o5738, longitude: 43o1613 and altitude: 347.09 m). Unfortunately, there are many gaps in the data and ten years were excluded from the analysis. So, we are working with three periods: 1967-1975 (period A with 9 years and without interruptions), 1979-1988 (period B with 9 years, excluding 1985) and 1992-2006 (period C with 12 years, excluding 1993, 1997 and 2001). The results showed significant trends only for the maximum temperature indices, specially TXx, SU25, TX10p, WSDI and DTR. The yearly maximum value of the daily maximum temperature (TXx – Warmest days) increased from 36.0oC (average in period A), to 36.4oC (average in period B) and finally 36.5oC (average in period C). A significant increasing trend was also observed in the annual count when TX>25oC (SU25 – summer days), with 191 days in average in the period A, 231 days in average in the period B and 236 days in the period C. The index TX10p (cold days), representing the percentage of days in the months when TX<10th percentile, showed a significant decreasing trend, with 15% of cool days in the month in period A, then 9% (period B) and finally only 7% of cool days in the months in period C. The warm days (TX90p) slightly increased over the three periods. The index WSDI, that is a warm spell duration indicator, representing the annual count of days with at least 6 consecutive days when TX>90th percentile, also exhibits an increasing trend. Finally the diurnal temperature range (DTR) calculated as the monthly mean difference between TX and TN, shows an increasing trend, with average values ranging from 7.8 oC (period A), to 8.6 oC (period B) and 9.0 oC (period C). No significant trends were found for indices of minimum temperature, except for CSDI, that shows an increasing trend. This cold spell duration indicator is the annual count of days with at least 6 consecutive days when TN < 10th percentile. This index was 2.8, 2.9 and 7.4 days in average for periods A, B and C, respectively. In conclusion, although the findings reveals no consistent changes in the indices based on daily minimum temperatures, significant trends were observed in the indices based on daily maximum temperatures. The warmest day of the year is getting warmer and more frequently (SU25). The percentage of cool days is decreasing, while the percentage of warm days is increasing. The warm spell duration and the diurnal temperature range are increasing. These results suggested that the station Alto da Boa Vista climate is becoming warmer.

Neste trabalho avaliamos a eficiência do uso da água (EUA) nos biomas Amazônia e Cerrado, utilizando o modelo de superfície IBIS. O IBIS é um modelo de biosfera terrestre que considera as mudanças na composição e estrutura da vegetação em resposta a mudanças ambientais. Testamos as versões pontual (0D) e bidimensional (2D) do modelo na Amazônia, e 2D no Cerrado. Na versão 0D, o modelo foi ajustado com parâmetros de calibração e dados micrometeorológicos para o sítio experimental do programa LBA (Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia), K34. Na versão 2D, o modelo simulou uma faixa de grade correspondente à América do Sul, da qual extraímos dados referentes a pontos representativos dos biomas. Com base nos dados observacionais e simulados, calculamos a EUA, assumindo que GPP (Gross Primary Productivity) equivale à taxa de difusão de moléculas de CO2 para o interior da folha, e ET (Evapotranspiration), equivale à taxa de difusão de H2O para fora da folha, e, desta forma EUA = GPP/ET. A versão 0D apresentou dificuldade em simular a variabilidade mensal dos fluxos na Amazônia, apresentando um forte estresse hídrico durante a estiagem o que não é observado, influenciando os valores de GPP, ET e NEE (Net Exchange Ecossystem). A versão 2D, no entanto, melhora esta representação, onde os picos de produtividade ocorrem durante a estação seca e diminuem na estação chuvosa. No Cerrado, o modelo simulou valores de NPP(Net Primary Productivity) com grande variação sazonal, em resposta à variação climática da região, à variação de NEE e GPP. A EUA observada e simulada para a Amazônia apresentou uma tendência em diminuir durante a estação seca, enquanto os valores simulados para o Cerrado, tendência em aumentar. Para trabalhos futuros, recomenda-se analisar em mais detalhe como a representação da umidade do solo influencia a sazonalidade destas variáveis nos dois biomas.

This work is the continuation of the work Seasonal variability of climate and vegetation in Cerrado: I. Diagnostic analysis by remote sensing, and its objective is to make a prognostic analysis of the seasonality of the vegetation, for the two regions of Cerrado studied in part I, using the integrated biosphere simulator (IBIS). IBIS is part of a new generation of surface models that simulates changes in composition and structure of the vegetation in response to environmental conditions. The model comprises many processes, including all relevant surface-atmosphere interaction processes, carbon cycle and vegetation dynamics. We aggregate daily averages of net primary production, evapotranspiration and leaf area index simulated by the model in periods of 16 days, compatible with the temporal resolution of the diagnostic analyses of the previous work, and later compared the simulated variables with the diagnosed vegetation indexes (NDVI, Normalized Difference Vegetation Index and LAI). The comparisons indicate that the IBIS model is capable of representing the seasonal variability of the Cerrado ecosystems, but, in its current parameterizations, overestimates the LAI in both regions studied. Adaptation of current parameterization schemes may be necessary to improve the characterization of the Cerrado biome in the model, especially regarding the leaf area index, and to incorporate effects of anthropogenic land use changes.

A eficiência do uso da água (EUA), dada pela razão entre a assimilação de carbono e a perda de água no processo de fotossíntese, é uma importante característica fisiológica das plantas, pois a água exerce influência em diversos processos biogeofísicos e biogeoquímicos. O presente projeto tem como objetivo avaliar a EUA nos biomas Amazônico e Cerrado, utilizando o modelo de superfície IBIS. O IBIS é um modelo de biosfera terrestre pertecente à nova geração de modelos de superfície que considera as mudanças na composição e estrutura da vegetação em resposta a mudanças ambientais. Testamos as versões pontual (0D) e bidimensional (2D) do modelo para a Amozônia, e 2D para o Cerrado. Na versão 0D, o modelo foi ajustado com parâmetros de calibração e dados climatológicos específicos para Manaus-AM, utilizando valores observados, fornecidos por uma torre micrometeorológica do programa LBA. Elaboramos então um cenário representativo dos fluxos mensais de carbono na região com dados de troca líquida do ecossistema (NEE), produção primária bruta (GPP), respiração do ecossistema (Reco), e evapotranspiração (ET), correspondentes aos anos de 2000 a 2002 e 2005 a 2007, que posteriormente foram usados como referência para avaliar os dados simulados, permitindo avaliar a representação do bioma e a acurácia do modelo em simular situações reais. Na versão 2D, o modelo simulou uma faixa de grade correspondente à América do Sul, da qual extraímos dados referentes a pontos representativos dos biomas em estudo. Baseando-se nos dados observados e simulados, calculamosa EUA referemte ao ecossistema, assumindo que a taxa de assimilação (GPP) equivale à taxa de difusão de moléculas de CO2 para o interior da folha, e a taxa de transpiração (ET), equivale à taxa de difusão de H2O para fora da folha, e, desta forma EUA=GPP/ET. Na versão 0D, o modelo apresentou dificuldade em simular a variabilidade dos fluxos na Amazônia, apresentando um forte estresse hídrico durante a estação seca que não é observado, influenciado os valores de GPP, ET e NEE. Na versão 2D por sua vez, há uma melhora nesta representação, onde os picos de produtividade ocorrem durante a estação seca e diminuição durante a época de chuvas. Para o Cerrado o modelo 2D simulou valores de NPP com grande variação sazonal, em resposta à variação climática da região e a variação de NEE e GPP. A EUA observada e simulada para a Amazônia apresentou uma tendência em diminuira estação seca, enquanto os valores simulados para o Cerrado mostraram uma tendência em aumentar. Para trabalhos futuros, recomenda-se analisar em mais detalhe como a representação da umidade do solo influencia a sazonalidade destas variáveis nos dois biomas.

Cada vez mais as pesquisas ambientais requerem expressivas quantidades de dados meteorológicos com alto grau de exatidão. Sistemas convencionais têm custo elevado e nem sempre o hardware e/ou o software são flexíveis ou modulares. A partir da necessidade de monitorar gradientes verticais de temperatura, umidade relativa e pressão em uma floresta de Mata Atlântica surgiu a iniciativa do desenvolvimento de um protótipo para um sistema de coleta de dados ambientais alternativo. Optou-se pela utilização de componentes de fácil aquisição no mercado. O sistema é composto por: microcontrolador de 8 bits, 12 Kbytes de memória Flash, 2 kbytes de memória EEPROM, oscilador de 24 MHz, 32 kbytes de memória externa, 8 canais com conversor analógico digital de 14 bits e interface de comunicação USB, possibilitando armazenamento em tempo real dos dados diretamente em um dispositivo tipo pen drive. Este trabalho apresenta as etapas de projeto, calibração e os testes preliminares em campo. Com os resultados da calibração de seis protótipos nas variáveis: pressão atmosférica, temperatura e umidade relativa do ar foi possível avaliar o sistema, assim como as incertezas, a confiabilidade das medições e o atendimento aos requisitos metrológicos e meteorológicos.

The results of a set of coordinated regional climate simulations performed with a group of regional climate models (RCM) over South America is presented. The RCMs are forced by ERAinterim reanalysis and the simulated period comprises 21 years, from 1989 to 2008. The motivation of this study is twofold. First, to characterize the uncertainty in simulating the South American climate through the evaluation of the degree of agreement among different models. A special focus will be made over the La Plata Basin (LPB) region. Second, to evaluate the capability of the regional models ensemble in representing the observed climate. Tthe simulations are validated against CRU and an observational database of daily precipitation and temperature data compiled for the LPB region. In a first overview, the spatial structure of maximum, minimum and mean daily temperature and precipitation is evaluated. Several subregions are chosen for a more detailed description, and therefore the mean annual cycle, the interannual variability and the frequency distribution functions of monthly values of precipitation and temperatures over each of the subregions are evaluated. This validation of a group of RCMs is included in CLARIS LPB project (A Europe-South America Network for Climate Change Assessment and Impact Studies in La Plata Basin, EU FP7 framework programme, 2008-2012), where regional climate change scenarios are planned to be performed once the validation analysis of present climate is made.

This work analyzes the performance of a Large Scale Hydrological Model, which takes into consideration land use changes, in a deforested Amazon basin. Three scenarios were considered in the simulations: the first scenario (LUCC) considers satellite derived land use and land coverage change, from forest to pasture, from 1982 to 2005; the second scenario (NOLUCC) assumed that pristine vegetation remained unchanged during the whole period; and finally the last scenario (CAPO) considers secondary forest growing in deforested areas based on estimations derived using the algorithm of Neef, et al (2007). Secondary vegetation simulations were set to reproduce evaporative fraction behavior observed by Giambelluca et al (2005) in tropical forests of Thailand. Simulations for the first scenario show a good agreement with observed daily discharge at the entire basin and several sub-basins. Despite this, trends in observed discharge series were not captured by the model. Differences between NOLUCC and LUCC simulations suggested an increment in annual water production in the basin for the disturbed condition. When secondary vegetation (CAPO) is considered in the simulations, the impact of LUCC (forest to pasture) in water production was reduced, due to increased evapotranspiration rates. LUCC introduces positive trends in discharges at few sub-basins, meanwhile consideration of secondary forest in the simulations (CAPO) counterbalanced some of those trends. Also, the model was able to simulate seasonal evapotranspiration differences between secondary and primary forest as observed by von Randow, et al (2010).

Este trabalho teve como objetivo apresentar medidas de óxido nitroso (N2O) emitido em cultura de soja (Glycine max) com a utilização da bactéria Rizobium, a qual que tem o objetivo de fixar o nitrogênio da atmosfera para a planta, evitando que seja necessária a adubação nitrogenada. A técnica utilizada para o cultivo da soja foi à convencional. Essa leguminosa foi adotada para o experimento porque apresenta a propriedade de fixar o nitrogênio do ar através de bactérias que desenvolvem nódulos radiculares nas raízes e nutre a planta, processo conhecido como nitrificação. A importância do N2O deve-se à sua relação direta com o efeito estufa global e com a destruição do ozônio estratosférico. Entre as fontes antropogênicas tem-se o crescente aumento da emissão de N2O ocasionado pelas nitrogenação do solo em atividades agrícolas. O experimento foi realizado no Departamento de Ciências Agrárias da Universidade de Taubaté (UNITAU) (23o01 S e 45o30 W) no período de 06/10/2009 à 22/04/2010 com um total de 10 campanhas de campo. Para determinar o fluxo do N2O foram usadas câmaras de acrílico transparente cobrindo 0,25m² de área, em plantas escolhidas aleatoriamente. No experimento foram utilizadas seringas de poliuretano (60 mL) adaptadas com válvula de segurança, que impediram trocas gasosas entre o meio externo e o interno das seringas. A coleta das amostras foi realizada em intervalos de 1, 10, 20, 30 e 40 minutos a partir da vedação da câmara. O óxido nitroso acumulado nas câmaras foi determinado usando-se a técnica de cromatografia gasosa, com utilização de um cromatógrafo Shimadzu GC14A equipado com detector de captura de elétrons (63Ni). A variação do fluxo obtida em todas as campanhas foi de -100,45 a 172,35 μgN2O m-2 h-1 e um fluxo médio de 11,4 μgN2O m-2 h-1. Durante o experimento foi realizado uma campanha noturna, e pode se observar que durante a noite houve uma absorção de N20 pela planta com o fluxo variando de -67,07 a 34,89 μg (N2O) m-2 h-1, apresentando uma média de -12,23 μgN2O m-2 h-1. Durante as campanhas foram observadas grandes variações no fluxo devido a altas precipitações nos meses de verão, uma vez que a emissão de N2O para a atmosfera está diretamente relacionada à saturação de umidade do solo. Os fluxos foram integrados durante todo o período de cultivo, resultando em uma emissão líquida de N2O de 2288,53 μgN2O m-². Portanto a soja durante o período diurno comportou-se como uma fonte emissora de N20 para a atmosfera. Os fluxos aqui apresentados estão dentro da faixa de valores obtidos por outros pesquisadores a partir de estudos em diferentes culturas e fertilizações. Essas estimativas ainda conservam grande incerteza, resultante das variações extremas de temperatura e níveis pluviométricos durante o cultivo da soja, porém indicam que o cultivo de soja utilizando o método convencional apresenta grande potencial para a emissão de N2O para a atmosfera.

The interaction between the Earths atmosphere and the terrestrial biosphere plays a fundamental role in the climate system and in biogeochemical and hydrological cycles, through the exchange of energy and mass (for example, water and carbon), between the vegetation and the atmospheric boundary layer, and the main focus of many environmental studies is to quantify this exchange over several terrestrial biomes. Over natural surfaces like the tropical forests, factors like spatial variations in topography or in the vegetation cover can significantly affect the air flow and pose big challenges for the monitoring of the regional carbon budget of terrestrial biomes. It is hardly possible to understand the air flow and reduce the uncertainties of flux measurements in complex terrains like tropical forests without an approach that recognizes the complexity of the spatial variability of the environmental variables. With this motivation, a partnership involving Microsoft Research, Johns Hopkins University, University of São Paulo and Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE, the Brazilian national institute for space research) has been developing research activities to test the use of prototypes of environmental sensors (geosensors) in the Atlantic coastal and in the Amazonian rain forests in Brazil, forming sensor networks with high spatial and temporal resolution, and to develop software tools for data quality control and integration. The main premise is that the geosensors should have relatively low cost, what enables the formation of monitoring networks with a large number of sensors spatially distributed. A pilot study deployed 200+ sensors over the Atlantic coastal forest in Sao Paulo state, Brazil. Here we present the results from this study, highlighting the current discussions on applications of this type of measurements in studies of biosphere-atmosphere interaction in the tropics. Envisioning a possible wide deployment of geosensors in Amazonia in the future, the team is currently working on three main components: 1) assembly and calibration of prototypes of geosensors of air temperature and humidity, with reproductive and reliable ceramic sensor elements that will adequately operate under the environmental conditions observed in the tropics; 2) development of software tools for management, quality control, visualization and integration of data collected in geosensor networks; and 3) planning of the Amazon experimental campaign, with the installation of the first tens to hundreds of sensors within and above the rainforest canopy, aiming at a test of the system to study the spatial variability of temperature and humidity.