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Flujos de Vapor y Carbono: Avances en el monitoreo para la gestión de la
huella ecológica en Agricultura
Dr. Francisco J. MezaDirector Centro de Cambio Global UC
[email protected] Seminario Regional Agricultura y Cambio Climático
Septiembre , 2012
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Source: Millenium Ecosystem Assessment
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Burney J A et al. PNAS 2010;107:12052-12057
©2010 by National Academy of Sciences
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Paradigma de una Intensificación Sostenible
while emissions from factors such as fertilizer production and application have increased, the net effect of higher yields has avoided emissions of up to 161 gigatons of carbon (GtC) (590 GtCO2e) since 1961
Burney J A et al. PNAS 2010;107:12052-12057
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Net Primary Productivity
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Net Ecosystem Exchange
NEP = Net ecosystem productivity= (-)NEE
Intercambio ( Flujo) de CO2 entre la atmósfera y el ecosistema
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Huella del agua de un producto
Huella Verde► Volumen de agua de lluvia evaporado o incorporado en el
producto.
Huella Azul► Volumen de agua superficial o subterránea evaporado,
incoporado en el producto o retornado en otra área o en el mar.
Huella Gris► Volumen de agua contaminado en el proceso de producción.
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Donde:H: Huella Hídrica (m3/ha/Unidad de Producción)ET: Evapotranspiración del cultivo (mm)RHC: Requerimientos hídricos del cultivo (mm/ha)PPef: Precipitación efectiva (mm)
Calculando entonces, la Huella Verde es:
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Y la Huella azul…
Donde:H: Uso de agua por el cultivo (m3/ha/Unidad de producción)RR: Riego (mm/ha)RRef: Riego efectivo
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– Método de Penmann-Monteith– Modelos– Otros
Requerimientos del Cultivo
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Flujo de Vapor/Evapotranspiración• Gran Problema es que en pocas circunstancias
se mide el flujo de vapor• Ecuación de Penman Monteith es la más
completa desde el punto de vista teórico, pero al momento de aplicarla la llevamos a su nivel más simple ETo
• El uso de estaciones meteorológicas automáticas permite el cálculo de ETo (pero no la medición de la ET)
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Medidas Directas
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Medidas Directas
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Medidas Directas
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Metodología Eddy Covariance• Ampliamente usada para medición de flujos
de gas y energía en la atmósfera. (Capa Límite).
• Método de medición directo, no afecta el medio de medición.
• Matemáticamente complejo y requiere de instrumental sofisticado
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Cierre Balance EnergéticoLa formulación y justificación del EBC radica en la primera ley de la termodinámica adaptada por los micrometeorólogos y que estipula que la energía incidente sobre un ecosistema debe ser transformada y/o utilizada en distintos procesos que ocurren en el ecosistema.
Rn
G
LE
H
Asim
ilación CO
2
Res
pira
ción
(Wilson et al., 2002)
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Fundamentos
Campbell Sci, 2006.
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Capa límite atmosférica
The lowest layer of the atmosphere that is in direct contact with Earth’s surface. Conditions and processes within the ABL will react to changes at the surface within a period of less than an hour and within a distance of less than 100 km
4.5 ms-1
Capa de Mezcla zi = 1400 m
Eddy por convección térmica
Tarong, Queensland (AUS), stack height: 210 m, z i = 1400 m, w* = 2.5 ms-1. Photo: Geoff Lane, CSIRO (AUS)
Troposfera libre
Atmospheric Boundary Layer (ABL)
Schmidt H. 2003. Micrometeorology, Biosphere-Atmosphere Exchange. Teachers Notes, Indiana University .
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Flujo turbulento
Baldocchi, D. 2001. Wind and Turbulence, Surface Boundary Layer. Teachers Note. University of California, Berkeley.
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Burba and Anderson, 2003. Introduction to the Eddy Covariance method, General Guidelines and Conventional Workflow. Li-Cor Bioscience.
Burba and Anderson, 2003.
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Instrumentación• Anemómetro Sónico• Open path Gas Analyzer• Higrómetro • Termocupla• Datalogger
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H +
Le
(W m
-2)
-200
0
200
400
600
800
1000
y = 0.93x - 4.24r2 = 0.85n = 4304
a)
Rnet - G (W m-2)
-200 0 200 400 600 800 1000
H +
Le
(W m
-2)
-200
0
200
400
600
800
1000
y = 0.94x - 7.09r2 = 0.86n = 3310
b)
Cierre del Balance de Energía
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Baldocchi, 2008
-182.9gC m-2 y-1≈1.829tC ha-1 y-1
FN <0 representan una pérdida de CO2 de la atmósfera y ganancia por la superficie en estudio (Hutley et al. 2005; Baldocchi et al. 2001; Paw U et al. 2004; Sellers et al. 2010)
FN <0 representan una pérdida de CO2 de la atmósfera y ganancia por la superficie en estudio (Hutley et al. 2005; Baldocchi et al. 2001; Paw U et al. 2004; Sellers et al. 2010)
Flujos de CO2/Intercambio de Carbono
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Sitio de Estudio
Ubicación geográfica: (33°02'S 70°44'O 660 m.s.n.m), Clima MediterráneoSuelo franco arcilloso, C:N = 12
Precipitación Media: 233 mmT° media: 15.6Pp 2010: 132mmPp 2011 : 103 mm
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Eddy Covariance
Adaptación de Burba and Anderson, 2010.
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Resultados (Bravo et al., in prep)
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Comparison between estimated (LEe) and observed (LEo) latent heat flux over a drip-irrigated Merlot vineyard. The solid line represents the 1:1 line.
S. Ortega-Farias , C. Poblete-Echeverr?a , N. Brisson
Parameterization of a two-layer model for estimating vineyard evapotranspiration using meteorological measurementsAgricultural and Forest Meteorology Volume 150, Issue 2 2010 276 - 286
Otros Ejemplos
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Desafíos• Nuevas Hipótesis: Cómo las fluctuaciones
climáticas (Tº,pp, Rn) bajo ciertas condiciones (sequías, heladas, eventos extremos), afectan el flujo de CO2 y la fotosíntesis. (Baldocchi, 2008)
• Medición de otros gases traza en la atmósfera.• Combinar métodos: LIDAR, mediciones aéreas. • Expansión de redes de medición para mediciones
globales: distintos ambientes y países…