Impacto de los procesos de escala sinóptica y mesoescala en la concentración y el flujo de CO2 en ambientes argentinos

Autores
Bautista, Nahuel Ezequiel
Año de publicación
2025
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión publicada
Colaborador/a o director/a de tesis
Gassmann, María Isabel
Salio, Paola Verónica
Descripción
Comprender los flujos superficiales de dióxido de carbono (CO2) intercambiados con la atmósfera es esencial en un contexto de cambio climático. Recientemente, algunos estudios se han centrado en comprender cómo la variabilidad a escala sinóptica modula los flujos de CO2 asociados con la vegetación y la agricultura, encontrando que los pasajes frontales y los eventos de precipitación influyen fuertemente en su intensidad. Tanto datos observacionales como modelados numéricamente han sido recursos valiosos para investigar los flujos de CO2 y su variabilidad en superficies continentales. Esta variabilidad es particularmente relevante en la zona núcleo productiva argentina, donde los grandes flujos de CO2 asociados con la agricultura extensiva se combinan con una gran variabilidad sinóptica. En esta región, alrededor del 40% de las emisiones de CO2 provienen de las actividades agropecuarias. Además, tiene una alta variabilidad sinóptica, con numerosos pasajes frontales y, por otro lado, se desarrollan sistemas de mesoescala de gran tamaño que producen intensas precipitaciones. Por estos motivos, el objetivo general de este trabajo es estudiar el rol de los procesos de escala sinóptica y mesoescala en las tasas de secuestro/emisión de CO2 de los ecosistemas presentes en la zona núcleo productivo argentina. Para lograr el objetivo propuesto, se usaron bases de datos de concentraciones y flujos de CO2 medidos utilizando el método de las covarianzas turbulentas (EC), provenientes de diferentes campañas experimentales sobre distintas superficies: un pastizal natural de marisma salada en la Provincia de Buenos Aires (PBA); pastizales y rotación de cultivos en el centro de PBA, y varios cultivos y un pastizal de altura en la provincia de Córdoba. Estas bases se complementaron con novedosas simulaciones numéricas de flujos de CO2 en la zona núcleo productiva argentina. En ellas se utilizó el Modelo de Pronóstico e Investigación Meteorológica (WRF) junto con el Modelo de Vegetación, Respiración y Fotosíntesis (VPRM) en estudios de caso que representaron diferentes condiciones sinópticas. A partir de los datos observacionales se encontró que los eventos de mal tiempo aumentaron las concentraciones y secuestro de CO2 atmosférico en 9 ecosistemas de la zona núcleo productiva argentina en ~15 ppm y en ~1 μmol m-2 s-1 , respectivamente, según el sitio. La cantidad de precipitación acumulada en los 5 días anteriores así como la ocurrida durante el evento de mal tiempo influyeron en la magnitud de estos cambios. Sin embargo, otras variables analizadas como la estación del año o el tipo de precipitación no influyeron significativamente en los aumentos observados en la mayoría de los sitios. Por otro lado, las simulaciones numéricas resultaron útiles para explicar las posibles causas de estos cambios. Los aumentos fueron consistentes con procesos advectivos horizontales, de mezcla turbulenta y con las concentraciones de CO2 en superficie de otras partes del país. También se observó que la condición sinóptica tuvo un impacto considerable en la magnitud de los flujos, así como en la incertidumbre de la simulación. Las incertidumbres en los flujos de CO2 simulados superaron el 60%, donde las mayores magnitudes estuvieron asociadas con un caso de un pasaje frontal frío con precipitaciones generalizadas. Estos resultados permiten una mejor cuantificación del flujo de CO2 durante estos eventos, un factor clave para mejorar la confiabilidad de balances regionales de CO2 y las posibles consecuencias del cambio climático.
Understanding surface carbon dioxide (CO2) fluxes exchanged with the atmosphere is essential in the context of climate change. Recently, several studies have focused on understanding how synoptic-scale variability modulates CO2 fluxes associated with vegetation and agriculture, finding that frontal passages and precipitation events strongly influence the intensity of these fluxes. Both observational data and numerical modeling have been valuable resources for investigating surface CO2 fluxes and their variability. This variability is particularly relevant in the most productive region of Argentina, where large CO2 fluxes associated with extensive agriculture are combined with strong synoptic variability. In this region, approximately 40% of CO2 emissions come from agricultural activities. Furthermore, it has high synoptic variability, with numerous frontal passages and, on the other hand, large mesoscale systems that produce intense precipitation. For these reasons, the main objective of this work is to study the role of synoptic and mesoscale processes in the sequestration/emission rates of CO2 of ecosystems present in the most productive region of Argentina. To achieve this objective, databases of CO2 concentrations and fluxes were used. They were measured using the Eddy Covariance (EC) method. These data come from different experimental campaigns developed over different surfaces: a natural salt marsh grassland in the Province of Buenos Aires (PBA); grasslands and crop rotations in the center of PBA; and several crops and a highland grassland in the province of Córdoba. These databases were complemented by novel numerical simulations of CO2 fluxes in the most productive region of Argentina. The simulations used the Meteorological Forecasting and Research Model (WRF) together with the Vegetation, Respiration, and Photosynthesis Model (VPRM) in case studies that represented different synoptic conditions. Observational data showed that unfair weather events increased atmospheric CO2 concentrations and sequestration in nine ecosystems in the most productive region of Argentina by ~15 ppm and ~1 μmol m-2 s -1 , respectively, depending on the site. The amount of precipitation accumulated in the previous 5 days and the rainfall amount during the unfair weather event influenced the magnitude of these changes. However, other variables analyzed like the season or the precipitation type did not significantly influence the observed increases at most sites. Numerical simulations were useful in explaining the potential causes of these changes. The increases were consistent with horizontal advective processes, turbulent mixing, and surface CO2 concentrations in other parts of the country. Additionally, synoptic conditions had a considerable impact on the magnitude of the fluxes and the simulation uncertainty. Uncertainties in simulated CO2 fluxes exceeded 60%, with the largest magnitudes associated with a case involving a cold frontal passage and widespread precipitation. These results allow for better quantification of CO2 fluxes during these events, a key factor in improving the reliability of regional CO2 budgets and the potential consequences of climate change.
Fil: Bautista, Nahuel Ezequiel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Materia
INTERCAMBIO NETO DE ECOSISTEMA
COVARIANZAS TURBULENTAS
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Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar
Repositorio
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institución
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
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Tanto datos observacionales como modelados numéricamente han sido recursos valiosos para investigar los flujos de CO2 y su variabilidad en superficies continentales. Esta variabilidad es particularmente relevante en la zona núcleo productiva argentina, donde los grandes flujos de CO2 asociados con la agricultura extensiva se combinan con una gran variabilidad sinóptica. En esta región, alrededor del 40% de las emisiones de CO2 provienen de las actividades agropecuarias. Además, tiene una alta variabilidad sinóptica, con numerosos pasajes frontales y, por otro lado, se desarrollan sistemas de mesoescala de gran tamaño que producen intensas precipitaciones. Por estos motivos, el objetivo general de este trabajo es estudiar el rol de los procesos de escala sinóptica y mesoescala en las tasas de secuestro/emisión de CO2 de los ecosistemas presentes en la zona núcleo productivo argentina. Para lograr el objetivo propuesto, se usaron bases de datos de concentraciones y flujos de CO2 medidos utilizando el método de las covarianzas turbulentas (EC), provenientes de diferentes campañas experimentales sobre distintas superficies: un pastizal natural de marisma salada en la Provincia de Buenos Aires (PBA); pastizales y rotación de cultivos en el centro de PBA, y varios cultivos y un pastizal de altura en la provincia de Córdoba. Estas bases se complementaron con novedosas simulaciones numéricas de flujos de CO2 en la zona núcleo productiva argentina. En ellas se utilizó el Modelo de Pronóstico e Investigación Meteorológica (WRF) junto con el Modelo de Vegetación, Respiración y Fotosíntesis (VPRM) en estudios de caso que representaron diferentes condiciones sinópticas. A partir de los datos observacionales se encontró que los eventos de mal tiempo aumentaron las concentraciones y secuestro de CO2 atmosférico en 9 ecosistemas de la zona núcleo productiva argentina en ~15 ppm y en ~1 μmol m-2 s-1 , respectivamente, según el sitio. La cantidad de precipitación acumulada en los 5 días anteriores así como la ocurrida durante el evento de mal tiempo influyeron en la magnitud de estos cambios. Sin embargo, otras variables analizadas como la estación del año o el tipo de precipitación no influyeron significativamente en los aumentos observados en la mayoría de los sitios. Por otro lado, las simulaciones numéricas resultaron útiles para explicar las posibles causas de estos cambios. Los aumentos fueron consistentes con procesos advectivos horizontales, de mezcla turbulenta y con las concentraciones de CO2 en superficie de otras partes del país. También se observó que la condición sinóptica tuvo un impacto considerable en la magnitud de los flujos, así como en la incertidumbre de la simulación. Las incertidumbres en los flujos de CO2 simulados superaron el 60%, donde las mayores magnitudes estuvieron asociadas con un caso de un pasaje frontal frío con precipitaciones generalizadas. Estos resultados permiten una mejor cuantificación del flujo de CO2 durante estos eventos, un factor clave para mejorar la confiabilidad de balances regionales de CO2 y las posibles consecuencias del cambio climático.Understanding surface carbon dioxide (CO2) fluxes exchanged with the atmosphere is essential in the context of climate change. Recently, several studies have focused on understanding how synoptic-scale variability modulates CO2 fluxes associated with vegetation and agriculture, finding that frontal passages and precipitation events strongly influence the intensity of these fluxes. Both observational data and numerical modeling have been valuable resources for investigating surface CO2 fluxes and their variability. This variability is particularly relevant in the most productive region of Argentina, where large CO2 fluxes associated with extensive agriculture are combined with strong synoptic variability. In this region, approximately 40% of CO2 emissions come from agricultural activities. Furthermore, it has high synoptic variability, with numerous frontal passages and, on the other hand, large mesoscale systems that produce intense precipitation. For these reasons, the main objective of this work is to study the role of synoptic and mesoscale processes in the sequestration/emission rates of CO2 of ecosystems present in the most productive region of Argentina. To achieve this objective, databases of CO2 concentrations and fluxes were used. They were measured using the Eddy Covariance (EC) method. These data come from different experimental campaigns developed over different surfaces: a natural salt marsh grassland in the Province of Buenos Aires (PBA); grasslands and crop rotations in the center of PBA; and several crops and a highland grassland in the province of Córdoba. These databases were complemented by novel numerical simulations of CO2 fluxes in the most productive region of Argentina. The simulations used the Meteorological Forecasting and Research Model (WRF) together with the Vegetation, Respiration, and Photosynthesis Model (VPRM) in case studies that represented different synoptic conditions. Observational data showed that unfair weather events increased atmospheric CO2 concentrations and sequestration in nine ecosystems in the most productive region of Argentina by ~15 ppm and ~1 μmol m-2 s -1 , respectively, depending on the site. 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These results allow for better quantification of CO2 fluxes during these events, a key factor in improving the reliability of regional CO2 budgets and the potential consequences of climate change.Fil: Bautista, Nahuel Ezequiel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y NaturalesGassmann, María IsabelSalio, Paola Verónica2025-12-19info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06info:ar-repo/semantics/tesisDoctoralapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7871_Bautistaspainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/arreponame:Biblioteca Digital (UBA-FCEN)instname:Universidad Nacional de Buenos Aires. 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Understanding surface carbon dioxide (CO2) fluxes exchanged with the atmosphere is essential in the context of climate change. Recently, several studies have focused on understanding how synoptic-scale variability modulates CO2 fluxes associated with vegetation and agriculture, finding that frontal passages and precipitation events strongly influence the intensity of these fluxes. Both observational data and numerical modeling have been valuable resources for investigating surface CO2 fluxes and their variability. This variability is particularly relevant in the most productive region of Argentina, where large CO2 fluxes associated with extensive agriculture are combined with strong synoptic variability. In this region, approximately 40% of CO2 emissions come from agricultural activities. Furthermore, it has high synoptic variability, with numerous frontal passages and, on the other hand, large mesoscale systems that produce intense precipitation. For these reasons, the main objective of this work is to study the role of synoptic and mesoscale processes in the sequestration/emission rates of CO2 of ecosystems present in the most productive region of Argentina. To achieve this objective, databases of CO2 concentrations and fluxes were used. They were measured using the Eddy Covariance (EC) method. These data come from different experimental campaigns developed over different surfaces: a natural salt marsh grassland in the Province of Buenos Aires (PBA); grasslands and crop rotations in the center of PBA; and several crops and a highland grassland in the province of Córdoba. These databases were complemented by novel numerical simulations of CO2 fluxes in the most productive region of Argentina. The simulations used the Meteorological Forecasting and Research Model (WRF) together with the Vegetation, Respiration, and Photosynthesis Model (VPRM) in case studies that represented different synoptic conditions. Observational data showed that unfair weather events increased atmospheric CO2 concentrations and sequestration in nine ecosystems in the most productive region of Argentina by ~15 ppm and ~1 μmol m-2 s -1 , respectively, depending on the site. The amount of precipitation accumulated in the previous 5 days and the rainfall amount during the unfair weather event influenced the magnitude of these changes. However, other variables analyzed like the season or the precipitation type did not significantly influence the observed increases at most sites. Numerical simulations were useful in explaining the potential causes of these changes. The increases were consistent with horizontal advective processes, turbulent mixing, and surface CO2 concentrations in other parts of the country. Additionally, synoptic conditions had a considerable impact on the magnitude of the fluxes and the simulation uncertainty. Uncertainties in simulated CO2 fluxes exceeded 60%, with the largest magnitudes associated with a case involving a cold frontal passage and widespread precipitation. These results allow for better quantification of CO2 fluxes during these events, a key factor in improving the reliability of regional CO2 budgets and the potential consequences of climate change.
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