Assessment of the spatiotemporal variability of optical and biogeochemical parameters in the Lower Amazon region and of the carbon content in the Amazon River continuum using in situ and Remote Sensing data - Aline de Matos Valerio (2018)
O continuum do Rio Amazonas é uma região determinante no balanço de carbono global, mas sua extensão geográfica dificulta sua observação in situ. Considerando as características de alta resolução temporal e cobertura sinóptica, o sensoriamento remoto da cor da água (SRCA) representa uma ferramenta importante para monitorar a distribuição e variabilidade das frações de carbono e outros parâmetros biogeoquímicos nas águas amazônicas. Entretanto, a eficácia dos produtos gerados por SRCA para estudar a dinâmica biogeoquímica de um sistema aquático, depende da acurácia e precisão para representar as propriedades bio-ópticas da área investigada. Este trabalho foi desenvolvido no continuum do Baixo Rio Amazonas, onde uma descrição abrangente da variabilidade espaço-temporal de dados radiométricos, bio-ópticos e biogeoquímicos foi realizada com o objetivo de mapear as frações de carbono por SRCA. Na região do Baixo Amazonas (RBA), foram feitas amostragens in situ de reflectância de sensoriamento remoto, parâmetros bioópticos como os coeficientes de absorção pela matéria orgânica colorida dissolvida (aCDOM), material particulado total (ap), fitoplâncton (aphy) e partículas não-algais (anap), e parâmetros biogeoquímicos como o material particulado em suspensão (SPM), concentração de clorofila-a, concentração de carbono orgânico dissolvido (DOC), e pressão parcial do dióxido de carbono (pCO2) para todas as estações hidrológicas - enchente, cheia, vazante e baixa, durante o período de 2014-2017. Na pluma do Rio Amazonas (PRA), dados in situ de pCO2, salinidade da superfície do mar (SSS) e temperatura da superfície do mar (SST) foram adquiridos durante as estações de cheia, vazante e baixa durante os anos de 2010-2012. As características bio-ópticas descritas neste trabalho permitiram uma clara distinção entre o corpo de água principal do Rio Amazonas, dominado por NAP e CDOM, e os tributários de águas claras e dominados por CDOM. A análise da variabilidade espaço-temporal das propriedades bio-ópticas evidenciou: 1) o impacto da diluição dos parâmetros biogeoquímicos causados pela contribuição dos tributários assim como os processos de degradação do DOM no curso do Rio Amazonas; 2) a homogeneidade das características bio-ópticas durante as estações hidrológicas de cheia, vazante e baixa, em contraste com a estação da enchente (característica predominante do SPM); 3) a vulnerabilidade das águas amazônicas às condições hidrológicas excepcionais; 4) a pouca influência de processos de menor escala (por exemplo, xiv efeito de maré) nas características bio-ópticas regionais. Foram desenvolvidos algoritmos de inversão regionais de CDOM, (aCDOM(412) e da inclinação da curva no intervalo do UV, S275-295), DOC e pCO2. Primeiro foram desenvolvidas formulações empíricas de aCDOM(412) (N = 100, R2 = 0.67, p<0.05) e S275-295 (N = 100, R2 = 0.83, p<0.05), baseados em modelo linear multivariado e não linear, respectivamente. Devido a diferentes padrões sazonais de DOC (clara distinção da enchente em relação às demais), sua estimativa foi particularmente complexa. A pCO2 foi estimada satisfatoriamente a partir de uma relação multivariada usando CDOM e temperatura (N = 69, R2 = 0.80, p<0.05). Os modelos desenvolvidos para estimar aCDOM(412), S275-295, DOC e pCO2, foram aplicados em imagens sazonais do sensor orbital Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) para os anos de 2010- 2011 para demonstrar a dinâmica das frações de carbono nas águas amazônicas. O Rio Amazonas foi fonte de carbono durante todas as estações com a maior (menor) emissão de carbono durante a cheia (baixa). A variabilidade intra-sazonal destaca a forte dinâmica em áreas de transição entre águas de rio e oceano. Na PRA, a pCO2 foi satisfatoriamente estimada a partir de uma relação multivariada usando SSS e SST (N = 76, R2= 0.74, p<0.05) e o modelo foi aplicado em dados do sensor Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) para os anos de 2010-2014. A análise dos mapas da pCO2-SMOS evidenciou o impacto do padrão hidrológico na variabilidade inter e intra-anual na pCO2. Em geral, a PRA durante as estações de enchente e cheia atuou como uma fonte de CO2, enquanto que durante as estações de vazante e baixa se comportou como um sumidouro de CO2. Os resultados aqui apresentados demonstram que a PRA sequestra menos carbono do que se presume atualmente e que inclusive, pode também agir como emissor de CO2 durante alguns períodos do ano. Este estudo enfatiza a necessidade de se obter informações adicionais in situ (principalmente na área de transição entre o rio e o oceano) para refinar e melhorar a validação dos modelos aqui desenvolvidos e assim obter uma melhor compreensão do papel do continuum do Rio Amazonas no balanço global de carbono. Os métodos propostos por este estudo para estimar as frações de carbono no continuum do Rio Amazonas tem potencial para aplicação em outros grandes rios globais, especialmente em regiões tropicais.