Medições de gases de efeito estufa e variáveis ambientais em reservatórios hidrelétricos na Amazônia Central

Lakes and reservoirs are significant sources of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) to the atmosphere. Hydroelectric reservoirs in the Amazon region emit more greenhouse gases (GHG) than reservoirs in other regions. However, few studies with direct in situ measurements of GHG have been performed in Amazonian tropical reservoirs. Therefore, in this study, direct in situ measurements were performed at the Balbina reservoir in Amazonas State, and at the Curuá-Una reservoir in the State of Pará. The CO2 flux measurements were performed using an eddy covariance system (Curuá- Una) and a floating chamber (Balbina). CO2 concentration measurements in air were made using a Li-7500A at Balbina and CO2 / CH4 measurements were made using an EC 150 and GGA-Los Gatos, respectively, and pCO2 was measured in the water with a CSense sensor at Curuá-Una. Gas measurements were related to meteorological variables (magnitude and direction of wind, precipitation, air temperature and atmospheric pressure) and environmental variables (water temperature, radiation, reservoir level). The study at Balbina, was performed between 15 and 20 July 2013, during the transition from wet to dry seasons, and had relatively low CO2 flux compared to another study from the same reservoir. This study showed that fluxes did not present a statistically significant relationship with the meteorological variables, however the current study identified the presence of a breeze contributing to the night concentration of CO2 over the reservoir. For Curuá-Una, an autonomous floating micrometeorological platform was used which conducted measurements during July 2015 to July 2016. Our results for Curuá-Una reveal that the turbulent fluxes of momentum, sensible and latent heat present daily and intraseasonal variability, the concentration downstream of CO2 and CH4, are influenced by variation in the level of the reservoir, CO2 flux was mainly negative throughout the day. pCO2 presented daily variability and high values with a significant difference between the measurements taken with the C-sense sensor and the headspace method. The basin of the Curuá-Una River, although small, is influenced by large-scale events such as El Nino and La Nina. The results presented here suggest that the dynamics of GHG emissions are affected by the size of the reservoir, allowing the influence of breezes and large scale events such as the El Niño of 2015-2016 which might increase emissions. The wide availability of radiation is responsible for much of the instability in the overlying layer of the water surface. The Curuá-Una reservoir, can act as a heat sink during the rainy season and as a heat source during the dry season, thus affecting the local heat balance of water and atmosphere and indirect GHG emissions.Lagos e reservatórios são fontes significantes de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) para a atmosfera. Na região amazônica, reservatórios hidrelétricos emitem mais gases de efeito estufa (GEE) do que reservatórios de outras regiões do mundo. No entanto, poucos estudos com medidas diretas e in situ de GEE foram realizadas em reservatórios tropicais amazônicos. Por isso, neste estudo, foram realizadas medições diretas e in situ nos reservatórios de Balbina no Amazonas e Curuá-Una no Pará. As medições de fluxo de CO2 foram realizadas usando método das covariâncias (Curuá-Una) e câmara flutuante (Balbina). Medidas da concentração no ar de CO2 usando Li-7500A (Balbina) e CO2/CH4 usando EC 150 e pCO2 na água com o sensor C-sense (Curuá-Una). As medidas gasosas foram relacionadas com variáveis meteorológicas (magnitude e direção do vento, precipitação, temperatura do ar e pressão atmosférica) e variáveis ambientais (temperatura da água, radiação, nível do reservatório). O estudo em Balbina, foi realizado entre os dias 15 e 20 de julho 2013, durante a estação de transição (chuvosa para seca) e revelaram fluxos de CO2 relativamente baixos, quando comparados com outro estudo para o mesmo reservatório. Mostraram ainda que os fluxos não apresentaram relação estatisticamente significante com as variáveis meteorológicas e identificou-se a presença de brisa contribuindo para a concentração noturna de CO2 sobre o reservatório. Para Curuá-Una, foi construída uma plataforma micrometeorológica flutuante autônoma, a qual realizou medições durante julho de 2015 à julho de 2016. Nossos resultados para Curuá-Una revelam que: os fluxos turbulentos de momentum, calor sensível e latente apresentam variabilidade diária e intrasazonal; a concentração à jusante de CO2 e CH4, sofrem influência da variação do nível do reservatório; o fluxo de CO2 foi predominantemente negativo ao longo do dia e o pCO2 apresentou variabilidade diária e valores muito elevados com diferença significante entre as medidas realizadas com o sensor C-sense e o método do headspace; a bacia do Rio Curuá-Una, apesar de pequena, sofre influência de eventos de grande escala como El-Ninõ e La-Ninã. Os resultados aqui apresentados sugerem que, a dinâmica das emissões de GEE são afetadas pelo tamanho do reservatório, o que permite a influência de brisa e eventos de grande escala. Eventos como o El-Niño 2015-2016 podem aumentar as emissões; a grande disponibilidade de radiação é responsável por boa parte da instabilidade na camada sobrejacente a superfície da água, o fluxo turbulento de CO2 foi, em média de – 0,8 µmol m-2 s-1 o reservatório de Curuá-Una, pode atuar como sumidouro de calor durante a estação chuvosa e como fonte de calor durante a estação seca, portanto afetando o balanço de calor local da água e atmosfera

Previsão e monitoramento do evento extremo da cheia de 2009

The present study evaluates the possible impact of sea surface temperatures (SSTs) of the Atlantic and Pacific oceans on the high-water regime of Amazonian Rivers and to analyze the development of the extreme flood in 2009. The year 2009 presented unusual climatic conditions. From the beginning of 2009 the water levels of the rivers in the Amazon region was monitored, which permitted an analysis of the movement of the flood along the mainstem of the Solimões-Amazonas. Once the hydrological event in 2009 has been characterized, statistical instruments and data on water levels, SSTs and OLR (Outgoing Longwave Radiation) have been configured to model this event by its principal hydrological stations in Amazonia. The analysis of the flood in 2009 indicated an intense increase in the western part of the basin at the beginning of the year. Afterwards the flood wave move eastwards in a smoothed form due to the presence of large floodplain areas (várzeas), but contributing that many Amazonian rivers passed over their historical flood levels. The study on the influence of SSTs and the high-water regime of the rivers was performed with the aim to construct regressive stochastical forecast models. The correlation between the studied hydrological stations and the regions of the Atlantic and Pacific oceans, indicated a spatial variation within the basin. From the six analyzed stations, models for Óbidos and Manaus were constructed with the capacity to forecast flood events with three and one months in advance, respectively. This study indicates that still improvements can be incorporated in the model to forecast floods.O presente trabalho consiste num estudo sobre a possível influência de anomalias de temperatura da superfície do mar (TSMs) do Atlântico e Pacífico no regime de cheia dos rios amazônicos e de como se desenvolveu a maior cheia dos últimos tempos (2009). O ano de 2009 foi um ano atípico do ponto de vista das condições climáticas. Desde o início do ano de 2009 foi feito um acompanhamento dos níveis dos rios da região amazônica, permitindo o estudo do deslocamento da onda de cheia ao longo da calha do rio principal Solimões-Amazonas. Uma vez caracterizado o evento de cheia em 2009, buscou-se a partir de ferramental estatístico e dados de cota, TSMs e ROL (Radiação de Onda Longa) modelar o evento e seu efeito nas cotas das principais estações hidrométricas da Amazônia. O estudo da cheia de 2009 mostrou que houve um aumento intenso e rápido na parte oeste da bacia no início de 2009 deslocando-se em seguida para leste de forma mais arrefecida devido à presença de grandes áreas de várzeas, mas contribuiu para que muitos rios superassem sua marca histórica. O estudo da influência das TSMs no regime dos rios foi feito com a finalidade de se construir um modelo regressivo estocástico de previsão. A correlação entre as estações de estudo e as regiões dos Oceanos Atlântico e Pacífico, apresentaram uma variação espacial dentro da bacia. Das seis estações propostas para a criação do modelo a estação de Óbidos, com previsão de até três meses, e Manaus, com um mês de previsão, tiveram resultados satisfatórios. Este trabalho é consciente de que melhorias podem ainda ser incorporadas no modelo de previsão de cheias

Evidências do fenômeno de terras caídas com grandes cheias na região Oeste do Pará / Evidence of the phenomenon of falling lands with great fillings in the West region of Pará

O fenômeno de terras caídas faz parte da dinâmica natural dos rios,resultante da combinação de diversas causas naturais, é intensificado pela ação antrópica e refere-se ao processo erosivo que acontece nas margens dos rios de água branca. Estetrabalho objetiva compreender e explicar a dinâmica entre as águas e as terras caídas nas margens do Rio Amazonas tendo como base os dados de nível do Rio Tapajós na cidade de Santarém-PA.Os dados foram obtidos junto à Companhia Docas do Pará, no período de 2000 a 2017. Calcularam-se as médias diárias e mensais dos níveis com a finalidade de obter o ciclo anual do Rio Tapajós. Apesar de não haver estudos relacionados às terras caídas nas áreas de estudo, sabe-se que eventos de grandes cheias têm influência direta na sua magnitude e ocorrência

Análise do Perfil Vertical de co2 em uma Área de Floresta na Amazônia Central

http://dx.doi.org/10.5902/2179460X16210This study aimed to describe the vertical profile of CO2 concentration during least rainy period and rainy periods of 2006 , into an area of tropical forest in the Central Amazon, Brazil . It were used data of CO2, collected at various heights by a system of measures including an infrared gas analyzer (Licor 7000), in a tower with 40 meters of height. From the data collected it was observed that the concentration of CO2 decreases as one moves from the ground to the top of the canopy. This suggests that the largest source of CO2 is from the soil, due to processes such as respiration and decomposition of plant biomass. When is compared the least rainy and the most rainy periods, it is noted significant differences in the amounts of CO2 concentration in these periods. The highest concentrations were observed during least rainy period, with monthly mean values above 440 ppm near the surface.Este estudo teve como objetivo descrever o perfil vertical da concentração de CO2 durante o período menos chuvoso e chuvoso do ano de 2006, em uma área de floresta tropical na Amazônia Central do Brasil.Para tanto, foram utilizados dados da concentração de CO2, coletados em várias alturas por um sistema de medidas incluindo um analisador de gás infravermelho (Licor 7000), em uma torre de 40 metros de altura. A partir dos dados coletados foi possível observar que a concentração de CO2 diminui à medida que se avança do solo ao topo do dossel. O que sugere que a maior fonte de CO2 é proveniente dos solos, em virtude de processos como a respiração e decomposição da biomassa vegetal. Quando se comparam os períodos menos chuvoso e mais chuvoso, nota-se diferenças significativas nos valores de concentração de CO2 entre esses períodos. As maiores concentrações foram observadas durante o período menos chuvoso, com valores médios mensais acima de 440 ppm próximo à superfície

Concentração e fluxo de CO2 sobre o reservatório hidrelétrico de Balbina (AM)

The reservoir Balbina (59º 28’ 50w, 1º 53’ 25” S), located near the city of Manaus, Amazonas, in Central Amazônia, Brazil, is the second largest hydroelectric reservoir in an area located in the Amazon Basin. In this reservoir, CO2 measurements were performed at high frequency (10 Hz), CO2 flux with gas analyzer infrared (IRGA) coupled to a floating chamber and meteorological variables with a buoy instrumented to 2 m from the lake surface. The average CO2 concentration was 392 and 426 ppm for the day and night, respectively, and the daily average emission rate was 40.427±24.040 μmol-1.m-2.d-1. The accumulation of CO2 in the lake overnight, beyond respiration, shows to be affected by low wind speeds, waterside convection, physical processes involving high concentrations of CO2 for the surface and the presence of land breeze. The fluxes show no statistically significant difference with the meteorological variables and were considerably lower than a previous study for the same lake. However, the values are in agreement with other studies in Amazonian tropical lakes and other reservoirs. © 2017, ABES - Associacao Brasileira de Engenharia Sanitaria e Ambiental. All rights reserved

Desenvolvimento de Uma Sonda Atmosférica sem fio para Estudos Ambientais de Baixo Custo

This paper presents the development of a wireless atmospheric probe, designed to assist long-term environmental studies with limited financial resources. The work is based on the concept of Wireless Sensor Networks in which multiple sensors are arranged spatially in a particular region. Facilitating the monitoring of large areas without the need for large physical structures of communication and power, as cables and towers. The prototype, built with cheap material, captures temperature data, pressure and humidity, transmitting this information in real time to a remote receiver via radio frequency to a distance of 1 km. The prototype is also equipped with a photovoltaic system capable of guaranteeing energy independence, an essential factor for long-term studies. To evaluate the efficiency of the prototype, correlation tests were performed with a Metpak station II (Gill Instruments), to simulate the continuous operation of the sensors in situ. The tests show significant correlations between atmospheric pressure variables (98%), relative humidity (87%) and air temperature (97%). The tests ensure a good degree of reliability to the prototype; can serve as an alternative to environmental monitoring projects and Wireless Sensor Networks.Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma sonda atmosférica wireless, projetada para auxiliar estudos ambientais de longa duração com poucos recursos financeiros. O trabalho é baseado no conceito de Redes de Sensores Sem Fio, no qual vários sensores dispõem-se espacialmente dispersos em uma determinada região. Facilitando o monitoramento de vastas áreas sem a necessidade de grandes estruturas físicas de comunicação e energia, como cabos e torres. O protótipo, construído com material de baixo custo, capta dados de temperatura, pressão e umidade relativa do ar, transmitindo essas informações em tempo real a um receptor remoto via radiofrequência, a uma distância de até 1 km. O protótipo ainda é equipado com um sistema fotovoltaico, capaz de lhe garantir autonomia energética, fator imprescindível para estudos de longa duração. Para avaliar a eficiência do protótipo, foram realizados testes de correlação com uma estação METPAK II (Gill Instruments), visando simular o funcionamento contínuo dos sensores in situ. Os testes apresentam correlações significativas entre as variáveis de pressão atmosférica (98%), umidade relativa (87%) e temperatura do ar (97%). Os testes realizados garantem um bom grau de confiabilidade ao protótipo; podendo servir como alternativa para projetos de monitoramento ambiental e de Redes de Sensores Sem Fio

Variáveis hidroclimáticas associadas com eventos de El-Niño e La-Niña no reservatório hidrelétrico de Curuá-Una, Amazônia Central

The anomalies of Sea Surface Temperature (SST) influence rainfall and therefore the regime of the rise and fall in the level of the rivers in the Amazon region. The aim of this study was to investigate the influence of the El Nino-Southern Oscillation (ENSO) on hydroclimatic variables and identify the existence of trends on these variables in the Curuá-Una hydroelectric reservoir in the West of the State of Pará. It was used 27 years of monthly precipitation and water flow data to identify possible trends using a non-parametric test (Mann Kendall, p<0.05), and the standardized precipitation index (SPI) was also calculated. The results indicate a positive tendency of the influence of the ENSO on hydroclimatic variables, although it was observed that the rainfall did not increase over the period of 1977 to 2004. The SPI indicates that extreme events of precipitation are related to El Nino and La Nina and that lower precipitation periods were more intense in the decades of the 80´s and 90’s. The results show that El Nino events can directly affect the water balance at the micro-watershed of Curuá-Una, as was observed in 2015. © 2016, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazonia. All rights reserved

Medições por Covariância de Vórtices Turbulentos dos Fluxos de Calor Latente, Sensível, Momentum e co2 sobre o Reservatório da Usina Hidrelétrica de Curuá-una – PA

Flux measurements of latent heat, sensible heat, momentum, and CO2 were performed from 15 to 26 June 2015 on the reservoir of the hydroelectric plant Curuá-Una (PA). The flux system is located upstream of the main channel of the reservoir and installed at 3 m above the water surface on a floating structure. The hydroelectric plant Curuá-Una was the first plant built in the Amazonia and it is in operation for almost 40 years. During installation, the vegetation around the river channel was not removed, which led to large emissions of greenhouse gases into the atmosphere. The wind speed was important to maintain turbulent mixing mechanically. Latent heat flux showed significant correlation with the wind velocity (r = 82%). As a result of the combined effect of turbulent mixing generated thermally and mechanically, the latent and sensible heat fluxes were positive throughout the investigation period and the atmospheric surface layer remained unstable. The CO2 flow was predominantly negative (84%), characterizing the reservoir as a CO2 sink.Medidas dos fluxos de calor latente, sensível, momentum e CO2 foram realizadas no período de 15 a 26 de junho de 2015 sobre o reservatório da Usina Hidrelétrica de Curuá-Una (PA). O sistema de fluxo está localizado a montante do canal principal do reservatório com altura de 3 m acima da superfície da água, instalado em uma estrutura flutuante. A Usina Hidrelétrica de Curuá-Una foi a primeira usina construída na Amazônia e está em funcionamento a quase 40 anos. Durante sua instalação, a vegetação ao redor do canal do rio não foi retirada, o que levou a grandes emissões de gases de efeito estufa para atmosfera. A velocidade do vento foi considerável para manter uma mistura turbulenta mecanicamente. O fluxo de calor latente apresentou correlação significativa com a velocidade do vento (r = 82%). Como consequência do efeito combinado da mistura turbulenta gerada termicamente e mecanicamente os fluxos de calor latente e sensível foram positivos durante todo o período investigado e a camada superficial atmosférica manteve-se instável. O fluxo de CO2 foi dominantemente negativo (84%) caracterizando o reservatório como sumidouro de CO2

Características Médias do Vento acima e abaixo do Dossel da Floresta durante o Goamazon em um Sítio Experimental na Amazônia

The aim of this study was to evaluate the temporal evolution of average characteristics of the vertical profiles of speed and direction above and within of the forest canopy at the Cuieiras experimental site, located about 100 km from the Manaus, Amazonas state, Brazil. We used about 10 months of half-hourly averaged data from 10 sonic anemometers installed at different levels above and within the forest canopy during GoAmazon project in 2014. We found that the vertical wind speed profile varied with the various layers above and below the forest canopy, describing an S-shape type, a form determined by physical obstructions imposed by vertical heterogeneity of the canopy. The predominant wind directions were not constant with height, suggesting that very local circulations can influence the subcanopy flow.O objetivo deste trabalho foi avaliar as características médias da evolução temporal do perfil vertical da velocidade e direção do vento acima e abaixo do dossel da floresta no sítio experimental do Cuieiras, localizado cerca de 100 Km da cidade Manaus, estado do Amazonas, Brasil. Para tanto, foram utilizados aproximadamente 10 meses de dados de 10 anemômetros sônicos instalados em diferentes níveis acima e abaixo do dossel da floresta, durante o projeto GoAmazon, no ano de 2014 . Analisando o conjunto de dados, por meio de médias para cada 30 minutos diários de todo período estudado, foi possível observar que o perfil vertical da velocidade do vento varia de acordo com as diferentes camadas acima e abaixo do dossel da floresta e possui uma forma tipo “S”, definida pelas obstruções físicas impostas pela heterogeneidade vertical da floresta. As direções predominantes do vento não são constantes com a altura, sugerindo que circulações locais podem influenciar o escoamento no sítio experimental estudado