The Nocturnal Thermodynamics of Amazonian Ecosystems

Autores

DOI:

https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.15959

Resumo

The purpose of this article is to establish a non-empirical theoretical model for the nocturnal cooling of Amazonian ecosystems with the aim of better understanding the thermodynamics of such ecosystems. The nocturnal features of temperature in five different ecosystems in the Brazilian Amazon region have been studied, namely deep forest, medium forest, transitional forest, savannah (Cerrado) and a seasonally flooded forest (Brazilian Pantanal). Over the course of one year, micrometeorological data, specifically air temperature and humidity, were analysed. It has been observed that temperature in all ecosystems decreases at a rate of 0.9°C/h at the beginning of the night. The above rate is coherent with the theoretical cooling rate expected in conditions of “dry” air, i.e., when humidity does not exert a significant influence on the ecosystem thermodynamics. Data analysed revealed that when relative humidity is higher than approximately 85% in the middle of the night, the cooling rate drops down more than one order of magnitude until the end of the night, in all ecosystems. This means that the water present in the air effectively releases energy into the environment. Since hypothetically the effect is produced by the coalescence of clusters of two water molecules, the amount of energy necessary to produce the effect corresponds to a coalescence rate of 1022 clusters per cubic meter per hour, a very small quantity to be properly detected by latent heat flux measurement systems.

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Biografia do Autor

Iramaia de Paulo, Environmental Physics Research Group/Federal University of Mato Grosso (UFMT), Cuiabá-MT, Brazil

Possui graduação em Licenciatura em Ciências Naturais com habilitação em Física (UFMT-1985), Licenciatura em Física (UFMT-1994), Mestrado em Educação com ênfase em Ensino de Física (UFMT-1997) e Doutorado em Ensino de Ciências com ênfase em Ensino de Física Contemporânea (2006), pela Universidad de Burgos (Espanha). Realizou estágio pós-doutoral em Modelagem de Sistemas Complexos pela Université Libre de Bruxelles (Bélgica, 2013), participando do grupo de pesquisa fundado pelo Professor Ilya Prigogine. É Professora Associada do Instituto de Física da UFMT, onde exerceu o cargo de diretora de 2017 a 2020. Foi fundadora e coordenadora do Programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências Naturais (UFMT, 2010-2013). É editora da revista Experiências em Ensino de Ciências (EENCI), desde 2011. Suas áreas de interesse são Teoria da Complexidade Aplicada a Física Ambiental e Pesquisa em Ensino de Física. Dedica-se também a teorias de aprendizagem, especialmente a Teoria da Aprendizagem Significativa e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica. Credenciada no Programa de Pós-Graduação Física Ambiental (mestrado e doutorado) e Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF). Coordena o Grupo de Pesquisa em Sistemas Ambientais Complexos atuando nas linhas de pesquisa: Análise e Modelagem de Processos Ambientais Complexos e Análise e Modelagem de Processos Ecofisiológicos. Participa desde 2014 da Comissão de Pós-Graduação (CPG) do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF/PROFIS) onde atualmente é coordenadora da CPG Nacional.

Hozana Ferreira, Environmental Physics Research Group/Federal University of Mato Grosso (UFMT), Cuiabá-MT, Brazil

Possui graduação em Licenciatura Plena em Física pela Universidade Federal de Mato Grosso (2011). Mestra em Física Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso (2014). Doutora em Física Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso (2018).Área de Concentração: Análise e Modelagem de Processos Ambientais Complexos.

Sergio de Paulo, Universidade Federal de Mato Grosso

Possui graduação em Bacharelado Em Física pela Universidade Estadual de Campinas (1986) e doutorado em Física pela Universidade Estadual de Campinas (1991). Pós-Doutorado pela Universidade Livre de Bruxelas. Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Mato Grosso. Credenciado no Programa de Pós-graduação em Física Ambiental em níveis de mestrado e doutorado. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Ensino de Ciências e na Teoria dos Sistemas Complexos, atuando principalmente nos seguintes temas: método dos traços de fissão, termocronologia, radônio e filhos, ensino de Física, sistemas complexos e física ambiental (micrometeorologia). Atualmente, trabalha principalmente com a aplicação de métodos de análise da Teoria dos Sistemas Complexos na compreensão da dinâmica de trocas de energia e matéria nos ecossistemas brasileiros.

Jose de Souza Nogueira, Environmental Physics Research Group/Federal University of Mato Grosso (UFMT), Cuiabá-MT, Brazil

Graduado em Física pela Universidade Federal de Mato Grosso (1980), Mestrado em Física Aplicada pela Universidade de São Paulo (1991) e Doutorado em Ciências pela Universidade de São Paulo (1995). Professor Titular da Universidade Federal de Mato Grosso, Bolsista Produtividade CNPq - nível 1A. Credenciado no Programa de Pós-graduação em Física Ambiental/UFMT. Revisor ad-hoc de diversas revistas científicas nacionais e internacionais e tem cooperação internacional com a California State University, San Marcos. Pesquisa na área de Ciências Ambientais com ênfase em evapotranspiração, correlação de vórtices turbulentos, modelagem de trocas de energia entre superfície vegetada e atmosfera e dados micrometeorológicos.

Renata Aguiar, Environmental Engineering Department, Federal University of Rondônia (UNIR), Ji-Paraná-RO, Brazil

Professora no curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade Federal de Rondônia - Campus de Ji-Paraná e desenvolvo pesquisas no âmbito do Programa LBA (Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia), na área de Ciências Ambientais e Geociências, mais especificamente sobre: troca líquida de dióxido de carbono no ecossistema, balanço de energia, padrões de chuva e mudanças no uso da terra na Amazônia. Busco em tudo que me envolvo aliar as dimensões afetivas, de lazer e sustentabilidade.

Marta Sá, National Institute of Amazonian Research/LBA Program, Manaus-AM, Brazil

Habilitação Específica para o Magistério de 1ª a 4ª Séries (1995). Graduação em Meteorologia pela Universidade Federal do Pará (2002), especialização em Oceanografia pela Universidade Federal do Pará (2003) e mestrado em Meteorologia pela Universidade Federal de Alagoas (2006). Tem experiência na área de Geociências, atuando principalmente nos seguintes temas: Micrometeorologia, Tratamento de Dados, Instrumentação, Geoestatística e Hidrometeorologia.

Referências

ANDRADE, L.R.; AGUIAR, R.G.; SANCHES, L.; ALVES, E.C.R.F.; NOGUEIRA, J.S. Partição do saldo de radiação em áreas de floresta Amazônica e floresta de transição Amazônia – cerrado. Revista Brasileira de Meteorologia, [s.l.], v.24, n.3, p.346-355, sep. 2009.

BALDOCCHI, D.D. Assessing the eddy covariance technique for evaluating carbon dioxide exchange rates of ecosystems: past, present and future. Global Change Biology, [s.l.], v.9, p.479-492, nov. 2003.

CESARACCIO, C.; SPANO, D., DUCE, P.; SNYDER, R.L. An improved model for determining degree-day values from daily temperature data. International Journal of Biometeorology, [s.l.], v.45, p.161-169, dec. 2001.

CHAMBERS, J.Q.; ARTAXO, P. Deforestation size influences rainfall. Nature Climate Change, [s.l.], v.7, n.3, p.175-176, feb. 2017.

DALMAGRO, H.J.; ARRUDA, P.H.Z.; VOURLITIS, G.L.; LATHUILLIERE, M.J.; NOGUEIRA, J.S.; COUTO, E.G.; JOHNSON, M.S. Radiative forcing of methane fluxes offsets net carbon dioxide uptake for a tropical flooded forest. Global Change Biology, [s.l.], v.25, p.1967-1981, feb. 2019.

FLOYD, R.B.; BRADDOCK, R.D. A simple method for fitting average diurnal temperature curves. Agricultural and Forest Meteorology, [s.l.], v.32, p.107-119, mar. 1984.

FOKEN, T. The energy balance closure problem: an overview. Ecological Applications, [s.l.], v.18, n.6, p.1351-1367, sep. 2008.

GRAF A.; SCHLERETH, A.; STITT, M.; SMITH, A.M. Circadian control of carbohydrate availability for growth in Arabidopsis plants at night. PNAS, [s.l.], v.107, n.20, p.9458–9463, may 2010.

GRECO, S.; ULANSKI, S.; GARSTANG, M.; HOUSTON, S. Low-level nocturnal wind maximum over the central Amazon basin, Boundary-Layer Meteorology, [s.l.], v.58, p.91-115, mar. 1992.

HOUGTHON, J. The Physics of Atmosphere. New York: Cambridge University Press, 2007.

JOHNSON, M.E. & FITZPATRICK, E.A. The monthly mean diurnal temperature curve. Archiv fur Meteorologie Geophysik Bioklimatologie B, [s.l.], v.25, p.265-274, jun. 1977.

KOOPERMAN, G.J.; CHEN, Y.; HOFFMAN, F.M.; KOVEN, C.D.; LINDSAY, K.; PRITCHARD, M.S.; SWANN, A.L.S.; RADERSON, J.T. Forest response to rising CO2 drives zonally asymmetric rainfall change over tropical land. Nature Climate Change, [s.l.], v.8, p.434-440, may 2018.

NICOLIS, G.; PRIGOGINE, I. Exploring Complexity. New York: W.H. Freeman and Company, 1989.

NOZUE, K.; COVINGTON, M.F.; DUEK, P.D.; LORRAIN, S.; FANKHAUSER, C.; HARMER, S.L.; MALOOF, J.N. Rhythmic growth explained by coincidence between internal and external cues, Nature, [s.l.], v.448, p.358-361, jul. 2007.

NUSINOW, D. A.; HELFER, A.; HAMILTON, E.E.; KING, J.J.; IMAIZUMI, T.; SCHULTZ, T.F.; FARRE, E.M.; KAY, S.A. The ELF4–ELF3–LUX complex links the circadian clock to diurnal control of hypocotyl growth. Nature, [s.l.], v.475, p.398-402 jul. 2011.

O’CONNELL, C.S.; RUAN, L.; SILVER, W.L. Drought drives rapid shifts in tropical rainforest soil biogeochemistry and greenhouse gas emissions. Nature Communications, [s.l.], v.9, p.1348-1357, sep. 2018.

PALÁCIOS, R.S.; SALLO, F.S.; SANTOS, A.C.A.; NOGUEIRA, J.S.; SANTANNA, F.B. Estimativa da forçante radiativa direta de aerossóis sobre a superfície em região de transição Pantanal-cerrado no estado de Mato Grosso, Brasil. Revista Brasileira de Climatologia, Dourados, v.16, p.132-141, jan./jun. 2015.

PARTON, W.J.; LOGAN, J.A. A model for diurnal variation in soil and air temperature. Agricultural Meteorology, Amsterdan, v.23, p.205-216, mar. 1981.

de PAULO S.R.; de PAULO, I.J.C.; de DECKER, Y. (2015) Reconstructing the micrometeorological dynamics of the southern Amazonian transitional forest. Chaos, [s.l.], v.25, p.1231231-1231238, dec. 2015.

PRIANTE FILHO, N.; VOURLITIS, G.L.; HAYASHI, M.M.S.; NOGUEIRA, J.S.; CAMPELO JR, J.H.; NUNES, P.C.; SOUZA, L.S.; COUTO, E.G.; HOEGER, W.; RAITER, F.; TRIENWEILER, J.L.; MIRANDA, E.J.; PRIANTE, P.C.; FRITZEN, C.L.; LACERDA, M.; PEREIRA, L.C.; BIUDES, M.S.; SULI, G.S.; SHIRAIWA, S.; de PAULO, S.R.; SILVEIRA, M. Comparison of the mass and energy exchange of a pasture and a mature transitional tropical forest of the southern Amazon basin during a seasonal transition. Global Change Biology, [s.l.], v.10, p.863–876, apr. 2004.

REICOSKY, D.C.; WINKELMAN, L.J.; BAKER, J.M.; BAKER, D.G. (1989) Accuracy of hourly air temperatures calculated from daily minima and maxima. Agricultural and Forest Meteorology, Amsterdan, v.46, p.193-209, mar. 1989.

SÁ, M.O.; LEAL, L.S.M.; CAMPOS, J.G.; ARAUJO, A.C.; SILVA, P.R.T.; SILVA, M.M.; PAULETTO, D.; OLIVEIRA, M.B.L.; FERNANDES, M.P.R.S.; DINIZ, M.M.; MANZI, A.O. Estudo do clima e interações entre a floresta e a atmosfera, no parque nacional do pico da neblina, São Gabriel da Cachoeira, AM. In: Souza, L.A.G.; Castellón, E. G. (org.). Desvendando as fronteiras do conhecimento na região amazônica do alto Rio Negro. Manaus: INPA, 2012. Cap. 2, p.23-36.

SCOTT, C.E.; MONKS, S.A.; SPRAKLEN, D.V.; ARNOLD, S.R.; FORSTER, P.M.; RAP, A.; AIJALA, M.; ARTAXO, P.; CARSLAW, K.S.; CHIPPERFIELD, M.P.; EHN, M.; GILARDONI, S.; HEIKKINEN, L.; KULMALA, M.; PETAJA, T.; REDDINGTON, C.L.S.; RIZZO, L.V.; SWIETLICKI, E.; VIGNATI, E.; WILSON, C. Impact on short-lived climate forcers increases projected warming due to deforestation. Nature Communications, [s.l.], v.9, p.157-166, apr. 2018.

SOUZA, A.P.; RAMOS, C.M.C.; LIMA, A.D.; FLORENTINO, H.O.; ESCOBEDO, J.F. Comparison of methodologies for degree-day estimation using numerical methods. Acta Scientiarum Agronomy, Maringá, v.33, n.3 p.391-400, aug. 2011.

STITT, M.; ZEEMAN, S. Z. Starch turnover: pathways, regulation and role in growth, Current Opinion in Plant Biology, [s.l.], v.15, p.282–292, apr. 2012.

WALTER, A. Notes on the utilization of records from third order climatological stations for agricultural purposes. Agricultural Meteorology, Amsterdan, v.4, p.137-143, jan. 1967.

XANTHEAS, S.S. Cooperativity and hydrogen bonding network in water clusters. Chemical Physics, [s.l.], v.258, p.225-231, jan. 2000.

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Publicado

20-01-2023

Como Citar

de Paulo, I., Ferreira, H., de Paulo, S., Nogueira, J. de S., Aguiar, R., & Sá, M. (2023). The Nocturnal Thermodynamics of Amazonian Ecosystems. Revista Brasileira De Climatologia, 32(19), 269–291. https://doi.org/10.55761/abclima.v32i19.15959

Edição

v. 32 (2023)

Seção

Artigos

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