Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF GREENHOUSE GASES EXCHANGE OVER AND WITHIN A TROPICAL FOREST IN AFRICA Coordinatore: Prof. Paolo De Angelis Tutor: Prof. Riccardo Valentini UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELLA TUSCIA DI VITERBO DIBAF Dipartimento per la innovazione nei sistemi biologici, agroalimentari e forestali CORSO DI DOTTORATO DI RICERCA Ecologia Forestale XIV ciclo Dottorando: Giacomo Nicolini

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF INTRO ANKASA OBIETTIVI MATERIALI E METODI RISULTATI Campagna luglio EA

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF INTRO Perché misurare i gas traccia (CH 4, N 2 O, CO..) Tema recente: intensificazione degli studi negli ultimi anni (CO 2 dagli anni 90) Importante effetto netto sul clima: GWP CH4 circa 25 volte quello della CO 2 Esistono ancora delle incertezze: difficile misurazione e modellizzazione La distribuzione a livello globale dei lavori è ancora localizzata

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF INTRO Quali sono le difficoltà nel misurare questi gas Basse concentrazioni ambientali (CH 4 circa 1.8 ppm) e gradienti: > flussi generalmente bassi Alta variabilità spaziale e temporale: legata a processi biogeochimici Sensori adatti attualmente in produzione/sviluppo Non esiste una metodologia universalmente accetta nel processamento dei dati > qualità dei dati, gap-filling Perché utilizzare tecniche micrometeorologiche Campionamenti continui (senza alterare lambientelocale) Integrazione spaziale delle misure Problemi applicativi e assunzioni Condizioni atmosferiche: steady state, turbolenza sviluppata, fluttuazioni della densità negligibili, flusso turbolento verticale costante Condizioni ambientali: terreno orizzontale e omogeneo, footprint adeguata, flusso medio verticale negligibile EB, storage e avvezione Flussi notturni

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF ANKASA Forest Obiettivi Stima dei flussi di CH 4 e CO 2 sotto chioma (EC) Analisi del gradiente verticale di concentrazione e dello storage di CH 4 Stima dei flussi di CH 4 e CO 2 sopra chioma (EC) Analisi stagionale dei flussi Campagne di misura e set-up Aprile 2011 LOW: Li-7700, Li-7500, Gill-WM. TOW: Li-7700, Li-6262, Gill-WM Ottobre 2011 LOW: Li-7700, Li-7500A, Gill-WMPro. TOW: Li-7700, Li-7500A, Gill-WMPro Analisi dati: Li-EddyPro ADV

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF Criterio generale per il trattamento dati e correzioni Acquisizione 10 Hz, analogico (aprile), digitale (ottobre) Pre-processing Eliminazione record in base: AGC, DIAG, RSSI, pioggia Processing Double rotation (anemometro), block average (fluttuazioni), covariance max (time lag), WPL (fluttuazioni della densità), test statistici (spikes, risoluzione segnale, drop-outs, limiti assoluti, skewness e kurtosi, discontinuità, angolo di attacco (vento) ecc.), correzioni spettrali (basse e alte frequenze) Quality control Flag precedenti Test stabilità atmosferica: steady state e developed turbulent conditions > 0,1,2 Gap-filling Mean diurnal variation (12 giorni)

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND DRY season Li-7700, Li-7500, Gill-WM

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND CH 4 flux: -0.8 nmol m -2 s -1 (-0.05 mg m -2 h -1 ) LOWLAND DRY season Daily fluxes >> sink <<

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND WET season Li-7700, Li-7500, Gill-WM

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND WET season Stability treshold

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND WET season Concentration daily trend

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF LOWLAND WET season Daily fluxes CH 4 flux: 2.5 nmol m -2 s -1 (0.15 mg m -2 h -1 ) >

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF PROFILE / STORAGE

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF PROFILE / STORAGE

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER DRY season Li-7700, Li-6262, Gill-WM Data loss Crash sistema 80% Processing 50% Filtraggio attenuato No gap-filling

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER DRY season Daily fluxes CH 4 flux: 1.8 nmol m -2 s -1 (0.11 mg m- 2 h -1 ) >

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Li-7700, Li-7500A, Gill-WMpro

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Stability dependence Stability filter: (z-d)/L > 0.05

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Filter effect

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Gap filling - MDV

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Daily fluxes CH 4 flux: -0.9 nmol m -2 s -1 (0.05 mg m -2 h -1 ) >

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season Footprint

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF TOWER oggi - WET season [CH 4 ] daily trend CH 4 daily flux weekly trend

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF

EDDY ACCUMULATION

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF EC (reference) EA without samples mixing EA with 2 samples mixing EA with 4 samples mixing CO 2 flux [ mol m -2 s -1 ] Roccarespampani clover field, April 2010 – Gill HS/Li-cor 7200 night EDDY ACCUMULATION Sample mixing

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF EDDY ACCUMULATION ABS(CO 2 up - CO 2 dw) [ mol mol -1 ] time [hh:mm] Mean Abs CO 2 fluct. [ mol mol -1 ] time [hh:mm] daily course of simulated up/down concentration differences daily course of real mean absolute concentration fluctuations Resolution

Giacomo Nicolini – UNITUS/DIBAF GRAZIE