RESUMO

Tropical South America plays a central role in global climate. Bowen ratio teleconnects to circulation and precipitation processes far afield, and the global CO2 growth rate is strongly influenced by carbon cycle processes in South America. However, quantification of basin-wide seasonality of flux partitioning between latent and sensible heat, the response to anomalies around climatic norms, and understanding of the processes and mechanisms that control the carbon cycle remains elusive. Here, we investigate simulated surface-atmosphere interaction at a single site in Brazil, using models with different representations of precipitation and cloud processes, as well as differences in scale of coupling between the surface and atmosphere. We find that the model with parameterized clouds/precipitation has a tendency toward unrealistic perpetual light precipitation, while models with explicit treatment of clouds produce more intense and less frequent rain. Models that couple the surface to the atmosphere on the scale of kilometers, as opposed to tens or hundreds of kilometers, produce even more realistic distributions of rainfall. Rainfall intensity has direct consequences for the "fate of water," or the pathway that a hydrometeor follows once it interacts with the surface. We find that the model with explicit treatment of cloud processes, coupled to the surface at small scales, is the most realistic when compared to observations. These results have implications for simulations of global climate, as the use of models with explicit (as opposed to parameterized) cloud representations becomes more widespread.

RESUMO

This study tested the hypothesis that dissipative efficiency of tropical tree species could be an ecological advantage in the forest succession process. Daily leaf gas exchanges of a pioneer species (Guazuma ulmifolia) and a late successional species (Cariniana legalis) were evaluated under well-irrigated conditions and by withholding irrigation. Analyses of network connectance (Cg) and plant autonomy (At) were carried out in order to assess metabolic network changes in response to environmental perturbation. As a global estimation of latent heat dissipation, the capacity to both maintain and cool leaf temperature in response to air temperature changes (deltaT = TºCair - TºCleaf) was evaluated. The changes observed in both the systemic parameters (Cg and At) and the physiological ones brought about by water deficit, associated with discrepant growth rates between both species, suggested that the initial formation of gap canopies composed by pioneer species could simply be a result of the higher photosynthetic rates of these species, and not necessarily because late successional species cannot cope with such a heterogeneous environment as that of a gap. Our results indicate that, in the absence of water constraints, the highest CO2 assimilation rates of pioneer species are supported by the efficiency of the whole dissipative structure, involving both degradation and dissipative processes. As a practical result, our study suggests the deltaT analysis in order to evaluate the efficiency of dissipative structures and as a aid in characterizing functional groups.

Este estudo testou a hipótese de que maior eficiência dissipativa de espécies arbóreas tropicais poderia apresentar vantagem ecológica no processo de sucessão florestal. Medidas diárias de trocas gasosas de uma espécie pioneira (Guazuma ulmifolia) e de uma espécie secundária tardia (Cariniana legalis) foram realizadas em plantas irrigadas e com deficiência hídrica. Análises da conectância da rede de trocas gasosas (Cg) e da autonomia (At) da planta em relação ao ambiente foram realizadas com o objetivo de verificar mudanças metabólicas na rede em resposta à deficiência hídrica. Como estimativa global da dissipação de calor latente, foi avaliada a capacidade de manutenção e resfriamento da temperatura foliar diante das mudanças na temperatura do ar (deltaT = TºCar - TºCfolha). As mudanças observadas nos parâmetros sistêmicos (Cg e At) e fisiológicos em resposta à perturbação ambiental, associadas à discrepante taxa de crescimento entre as espécies, sugeriram que a formação inicial do dossel de uma clareira por espécies pioneiras poderia ser resultado das maiores taxas de fotossíntese dessas espécies, e não necessariamente decorrentes do fato de as espécies secundárias tardias não suportarem o ambiente heterogêneo da clareira. Nossos resultados indicam que os maiores valores de assimilação de CO2 das espécies pioneiras são conseqüência da maior eficiência da estrutura dissipativa como um todo, envolvendo os processos de degradação e dissipação de energia, desde que não haja restrição hídrica. Como resultado prático, nosso estudo sugere a análise de deltaT para avaliar a eficiência da estrutura dissipativa e auxiliar na caracterização dos grupos funcionais.

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This study tested the hypothesis that dissipative efficiency of tropical tree species could be an ecological advantage in the forest succession process. Daily leaf gas exchanges of a pioneer species (Guazuma ulmifolia) and a late successional species (Cariniana legalis) were evaluated under well-irrigated conditions and by withholding irrigation. Analyses of network connectance (Cg) and plant autonomy (At) were carried out in order to assess metabolic network changes in response to environmental perturbation. As a global estimation of latent heat dissipation, the capacity to both maintain and cool leaf temperature in response to air temperature changes (deltaT = TºCair - TºCleaf) was evaluated. The changes observed in both the systemic parameters (Cg and At) and the physiological ones brought about by water deficit, associated with discrepant growth rates between both species, suggested that the initial formation of gap canopies composed by pioneer species could simply be a result of the higher photosynthetic rates of these species, and not necessarily because late successional species cannot cope with such a heterogeneous environment as that of a gap. Our results indicate that, in the absence of water constraints, the highest CO2 assimilation rates of pioneer species are supported by the efficiency of the whole dissipative structure, involving both degradation and dissipative processes. As a practical result, our study suggests the deltaT analysis in order to evaluate the efficiency of dissipative structures and as a aid in characterizing functional groups.

Este estudo testou a hipótese de que maior eficiência dissipativa de espécies arbóreas tropicais poderia apresentar vantagem ecológica no processo de sucessão florestal. Medidas diárias de trocas gasosas de uma espécie pioneira (Guazuma ulmifolia) e de uma espécie secundária tardia (Cariniana legalis) foram realizadas em plantas irrigadas e com deficiência hídrica. Análises da conectância da rede de trocas gasosas (Cg) e da autonomia (At) da planta em relação ao ambiente foram realizadas com o objetivo de verificar mudanças metabólicas na rede em resposta à deficiência hídrica. Como estimativa global da dissipação de calor latente, foi avaliada a capacidade de manutenção e resfriamento da temperatura foliar diante das mudanças na temperatura do ar (deltaT = TºCar - TºCfolha). As mudanças observadas nos parâmetros sistêmicos (Cg e At) e fisiológicos em resposta à perturbação ambiental, associadas à discrepante taxa de crescimento entre as espécies, sugeriram que a formação inicial do dossel de uma clareira por espécies pioneiras poderia ser resultado das maiores taxas de fotossíntese dessas espécies, e não necessariamente decorrentes do fato de as espécies secundárias tardias não suportarem o ambiente heterogêneo da clareira. Nossos resultados indicam que os maiores valores de assimilação de CO2 das espécies pioneiras são conseqüência da maior eficiência da estrutura dissipativa como um todo, envolvendo os processos de degradação e dissipação de energia, desde que não haja restrição hídrica. Como resultado prático, nosso estudo sugere a análise de deltaT para avaliar a eficiência da estrutura dissipativa e auxiliar na caracterização dos grupos funcionais.