Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Desarrollo de un modelo acoplado de vegetación-atmósfera para estudiar los flujos de dióxido de carbono en la región pampeana |
| Título alternativo: | Development of a Coupled Vegetation-Atmosphere Model to Study Carbon Dioxide Fluxes in the Pampas Region |
| Autor: | Merino, Rodrigo Andrés |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la Web: | 2025-02-25 |
| Fecha de defensa: | 2024-07-18 |
| Fecha en portada: | 27/5/2024 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos |
| Departamento Docente: | Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos |
| Director: | Gassmann, María Isabel |
| Consejero: | Ulke, Ana Graciela |
| Jurado: | Posse, Gabriela; Fita Borrell, Lluís; Denardin Costa, Felipe |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | INTERCAMBIO NETO DE ECOSISTEMA; COVARIANZAS TURBULENTAS; IMAGENES SATELITALES MODIS; MODELADO NUMERICO DE LA ATMOSFERA; VPRMNET ECOSYSTEM EXCHANGE; EDDY COVARIANCES; MODIS SATELLITE IMAGERY; NUMERICAL ATMOSPHERIC MODELING; VPRM |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7583_Merino |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7583_Merino.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7583_Merino |
| Ubicación: | ATM 007583 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Merino, Rodrigo Andrés. (2024). Desarrollo de un modelo acoplado de vegetación-atmósfera para estudiar los flujos de dióxido de carbono en la región pampeana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7583_Merino |
Resumen:
En un contexto de cambio climático influenciado por el aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, comprender los procesos involucrados en el balance de carbono es fundamental. La vegetación juega un papel crucial, siendo responsable de hasta un 90% de los intercambios de dióxido de carbono entre la superficie terrestre y la atmósfera en las áreas continentales. Estos intercambios están regulados por la coexistencia de procesos dentro de la vegetación, específicamente la fotosíntesis y la respiración del ecosistema. Dependiendo de qué proceso predomine, las superficies vegetales pueden actuar como sumideros o fuentes de dióxido de carbono. En Argentina, hay pocos estudios que caracterizan los flujos de carbono sobre las superficies vegetadas de la región. Esto se debe a que las observaciones in situ utilizando la técnica de Covarianzas Turbulentas (EC) requieren instrumental especializado, costoso y sólo proporcionan información en un área limitada alrededor del sitio de estudio. Por lo tanto, es esencial complementar esta información con diferentes técnicas, como el uso de imágenes satelitales o modelado numérico, para caracterizar estos intercambios a nivel regional. El modelo VPRM (Vegetation Photosynthesis and Respiration Model) permite representar los procesos de fotosíntesis y respiración del ecosistema en diferentes ambientes utilizando información de modelos meteorológicos y satelitales. El objetivo principal de este trabajo es implementar, calibrar y ejecutar el modelo VPRM acoplado al modelo meteorológico WRF (Weather Research and Forecast) para estimar los flujos de CO2 en todos los ambientes de la región núcleo-productiva de Argentina (entre 22° y 41°S y los 65° y 53°W). Para lograr esto, se analizaron observaciones EC de 12 sitios dentro de la región de estudio, que incluyen ambientes naturales y antropizados. A partir de estos datos, segeneraron series temporales semi-horarias de intercambio neto de ecosistema (NEE) y se ajustaron los parámetros de calibración del modelo VPRM para obtener una representación más precisa de los flujos de CO2 a escala regional. Además, se buscaron los esquemas de WRF que permitan obtener variables de entrada óptimas para ser utilizados por VPRM. Finalmente, se utilizó el modelo WRF-VPRM para generar estimaciones de CO2 a nivel regional. Esto implicó realizar simulaciones independientes de 24 horas para todos los días del período 2010-2019. El modelo WRF-VPRM logró reproducir de forma adecuada el NEE en escala diaria, mensual y anual en los sitios de verificación utilizados, aunque con limitaciones relacionadas a la detección de ciclos bi-anuales en la vegetación. En el área núcleo-productiva, dominada por cultivos y pasturas, hay una gran captación de CO2 durante la temporada estival, seguida de una emisión sostenida durante el resto del año. Las estimaciones de NEE se encuentran influenciadas principalmente por la disponibilidad hídrica en el suelo y por la variabilidad de la temperatura del aire, lo que genera variaciones significativas en el balance de carbono entre los distintos años analizados. Las estimaciones muestran que el área de estudio se ha comportado como un sumidero neto de CO2, teniendo un valor promedio de -1.51 g CO2 m-2 d -1 durante la última década. Estos resultados contribuyen a comprender el balance de carbono en los ecosistemas de la región y proporcionan una base para futuros estudios sobre las condiciones ambientales que afectan los intercambios de CO2 en nuestros biomas.
Abstract:
In the context of climate change influenced by the increase of greenhouse gases in the atmosphere, understanding the processes involved in the carbon balance is essential. Vegetation plays a crucial role, being responsible for up to 90% of the carbon dioxide exchanges between the terrestrial surface and the atmosphere in continental areas. These exchanges are regulated by the coexistence of processes within vegetation, specifically photosynthesis and ecosystem respiration. Depending on which process predominates, vegetated surfaces can act as sinks or sources of carbon dioxide. In Argentina, there are few studies characterising carbon fluxes over vegetated surfaces in the region. This is due to the fact that in situ observations using the Eddy Covariance (EC) technique require specialised, costly instrumentation and only provide information over a limited area around the study site. Therefore, it is essential to complement this information with different techniques, such as the use of satellite images or numerical modelling, to characterise these exchanges at a regional level. The VPRM (Vegetation Photosynthesis and Respiration Model) allows the representation of photosynthesis and ecosystem respiration processes in different environments using information from meteorological and satellite models. The main objective of this work is to implement, calibrate, and run the VPRM model coupled with the WRF (Weather Research and Forecast) meteorological model to estimate CO2 fluxes across all environments in the core productive region of Argentina (between 22° and 41°S and 65° and 53°W). To achieve this, EC observations from 12 sites within the study region were analysed, which include natural and anthropised environments. Based on these data, semi-hourly time series of Net Ecosystem Exchange (NEE) were generated, and the VPRM model calibration parameters were adjusted to obtain a more accurate representation of CO2 fluxes at the regional scale. Additionally, the WRF schemes that provide optimal input variables for use by VPRM were identified. Finally, the WRF-VPRM model was used to generate regional CO2 estimates. This involved conducting independent 24-hour simulations for all days of the period 2010-2019. The WRF-VPRM model successfully reproduced the NEE on a daily, monthly, and annual scale at the verification sites used, although with limitations related to detecting bi-annual cycles in vegetation. In the core productive area, dominated by crops and pastures, there is a significant CO2 uptake during the summer season, followed by sustained emission during the rest of the year. NEE estimates are mainly influenced by soil water availability and air temperature variability, leading to significant variations in the carbon balance between the different years analysed. The estimates show that the study area has behaved as a net CO2 sink, with an average value of -1.51 g CO2 m-2 d -1 over the last decade. These results contribute to understanding the carbon balance in the region's ecosystems and provide a basis for future studies on the environmental conditions affecting CO2 exchanges in our biomes.
Citación:
---------- APA ----------
Merino, Rodrigo Andrés. (2024). Desarrollo de un modelo acoplado de vegetación-atmósfera para estudiar los flujos de dióxido de carbono en la región pampeana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7583_Merino
---------- CHICAGO ----------
Merino, Rodrigo Andrés. "Desarrollo de un modelo acoplado de vegetación-atmósfera para estudiar los flujos de dióxido de carbono en la región pampeana". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7583_Merino
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