@PhDThesis{Augusto-Silva:2019:PhLiLa,
author = "Augusto-Silva, P{\'e}tala Bianchi",
title = "Physical limnology of large floodplain lakes along the lower
Amazon river",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2019",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-04-09",
keywords = "Tropical shallow floodplain lakes, mixing, convective cooling,
water surface temperature, remote sensing, lagos rasos de
plan{\'{\i}}cie de inunda{\c{c}}{\~a}o tropical, mistura,
resfriamento convectivo, temperatura da surperf{\'{\i}}cie da
{\'a}gua, sensoriamento remoto.",
abstract = "Large, shallow lakes are common in the extensive floodplains
throughout the tropics and its importance for climate regulation
has already been proven. To determine controls on their mixing
dynamics in order to help define proper simplifications to insert
this type of lakes in land surface models, five stations were
instrumented with meteorological and temperature sensors and
placed in two shallow connected tropical lakes on the lower Amazon
floodplain. A tight relation between changes in thermal structure
and LMO/h (the ratio of the Monin- Obukhov length scale LMO to the
depth of the actively mixing layer h) indicates the sensitivity of
thermal structure to wind speed relative to heating and cooling.
Four regimes led to variations in mixing: (i) high solar radiation
with light winds in the mid-morning to early afternoon resulted in
shallow stratification, 0 < LMO/h <1; (ii) afternoons with higher
winds caused the diurnal thermocline to downwell and heat to mix
to deeper layers, LMO/h >1; (iii) by late afternoon, buoyancy flux
became negative and LMO/h < -1 and with W u and w both > 0.06
m.s-1, mixing from wind and cooling co-occurred; and (iv)
convection dominated mixing on nights with light winds, -1 < LMO/h
< 0. Pattern (ii) occurred mid-day if winds were higher. When
winds were intermittent and regime (i) predominated mid-day,
changes in heat content were primarily determined by
one-dimensional processes of heating and cooling. When easterly
winds were sustained and regime (ii) occurred mid-day, heat was
transported west in the day, and colder water upwelled to the west
or was advected to the west and north at night. Subtle differences
in wind speed determined the extent to which advection moderated
the thermal structure. Wind and solar radiation were found to be
the most important parameters influencing the water column thermal
structure of the lakes under study. Given the regimes identified
by the in situ measurements and the increasingly applicability of
orbital remote sensing to the study of the temperature patterns on
inland aquatic systems, a model was developed for extracting bulk
temperature (equivalent to that measured in situ) from the surface
temperature (called skin temperature) provided by the MOD11A1
product of the MODIS sensor onboard the Aqua and Terra satellites.
This model was calibrated and validated using a Monte Carlo
simulation, resulting in a normalized error of 18.32%. The model,
however, presented low R2 values, indicating that further research
is needed on longer time series before this product can be used
for pattern studies. RESUMO: Grandes lagos rasos s{\~a}o comuns
nas extensas plan{\'{\i}}cies de inunda{\c{c}}{\~a}o ao longo
dos tr{\'o}picos cuja import{\^a}ncia para a
regula{\c{c}}{\~a}o clim{\'a}tica j{\'a} foi comprovada na
literatura cient{\'{\i}}fica. Para determinar os fatores que
controlam a din{\^a}mica de mistura desses lagos e contribuir
para a defini{\c{c}}{\~a}o de simplifica{\c{c}}{\~o}es mais
adequadas para inser{\c{c}}{\~a}o desse tipo de lagos em modelos
de superf{\'{\i}}cie, cinco esta{\c{c}}{\~o}es foram
instrumentadas com sensores meteorol{\'o}gicos e de temperatura e
posicionadas em dois lagos rasos interconectados da
plan{\'{\i}}cie de inunda{\c{c}}{\~a}o do baixo Amazonas. Uma
rela{\c{c}}{\~a}o estreita entre as varia{\c{c}}{\~o}es da
estrutura t{\'e}rmica da coluna d{\'a}gua e a raz{\~a}o LMO/h
(raz{\~a}o da escala de comprimento de Monin-Obukhov LMO pela
profundidade da camada de mistura ativa h) indica sensibilidade da
estrutura t{\'e}rmica em rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} velocidade do
vento. Quatro regimes conduzem a varia{\c{c}}{\~o}es na mistura
da coluna d{\'a}gua desses lagos: (i) a alta incid{\^e}ncia de
radia{\c{c}}{\~a}o solar e vento leve do meio da manh{\~a}
at{\'e} o in{\'{\i}}cio da tarde resulta em
estratifica{\c{c}}{\~a}o rasa, pr{\'o}xima {\`a}
superf{\'{\i}}cie e com a raz{\~a}o entre 0 < LMO/h <1; (ii) o
vento mais forte {\`a} tarde causou o aprofundamento da
termoclina diurna, o que resultou em calor sendo levado {\`a}s
camadas mais profundas e a raz{\~a}o LMO/h >1; (iii) ao final da
tarde, o fluxo de flutuabilidade tornou-se negativo levando a
raz{\~a}o a LMO/h < -1 e, com ambas velocidades horizontal ( W u
) e vertical ( w ) de fric{\c{c}}{\~a}o da {\'a}gua maiores que
0.06 m.s-1, a mistura devido ao vento e aquela devido ao
resfriamento da {\'a}gua ocorreram simultaneamente; e (iv) a
convec{\c{c}}{\~a}o dominou a mistura da coluna d{\'a}gua em
noites com vento leve e, com isso, a raz{\~a}o ficou -1 < LMO/h <
0. O regime (ii) ocorreu ao meio dia caso o vento fosse mais
forte. Quando o vento era intermitente e o regime (i) predominava
ao meio dia, mudan{\c{c}}as no conte{\'u}do de calor na coluna
d{\'a}gua eram determinadas por processos de resfriamento e
aquecimento em uma dimens{\~a}o apenas. Quando ventos orientais
eram mantidos e o regime (ii) ocorria ao meio dia, o calor era
transportado para oeste durante o dia, fazendo com que {\'a}guas
mais frias emergissem ou fossem transportadas para essa
regi{\~a}o dos lagos {\`a} noite. Diferen{\c{c}}as s{\'u}bitas
na velocidade do vento determinaram a extens{\~a}o com que a
advec{\c{c}}{\~a}o impactava a estrutura t{\'e}rmica. Vento e
radia{\c{c}}{\~a}o solar foram os par{\^a}metros mais
importantes de regula{\c{c}}{\~a}o da estrutura t{\'e}rmica da
coluna d{\'a}gua dos lagos estudados. Tendo em vista os regimes
identificados pelas medidas in situ e a crescente
aplica{\c{c}}{\~a}o do sensoriamento remoto orbital ao estudo
dos padr{\~o}es de temperatura de sistemas aqu{\'a}ticos
continentais, desenvolveu-se um modelo para a estimativa da
temperatura volum{\'e}trica (equivalente {\`a}quela medida in
situ) a partir da temperatura de superf{\'{\i}}cie (skin
temperature) fornecidas pelo produto MOD11A1 do sensor MODIS a
bordo dos sat{\'e}lites Aqua e Terra. Esse modelo foi calibrado e
validado utilizando-se uma simula{\c{c}}{\~a}o Monte Carlo,
resultando em erro normalizado de 18.32 %. O modelo, contudo,
apresentou valores baixos de R2, indicando que s{\~a}o
necess{\'a}rias pesquisas mais aprofundadas em s{\'e}ries
temporais mais longas antes que possam ser usados para
levantamento de padr{\~o}es.",
committee = "Kampel, Milton (presidente) and Novo, Evlyn M{\'a}rcia Le{\~a}o
de Moraes (orientadora) and Rudorff, Conrado de Moraes
(orientador) and Carvalho, Lino Augusto Sander de and Melack, John
Michael",
englishtitle = "Limnologia f{\'{\i}}sica de grandes lagos de plan{\'{\i}}cie
de inunda{\c{c}}{\~a}o ao longo do baixo Amazonas",
language = "en",
pages = "115",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3T3DDKS",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3T3DDKS",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "15 jun. 2024"
}