Ventos extremos como mecanismo de distúrbio em florestas da Amazônia Central: padrões de mortalidade de árvores e variação sazonal e topográfica de rajadas de vento extremo
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Tempestades propagando ventos extremos são um importante mecanismo de mortalidade de
árvores nas florestas da Amazônia, influenciando a estrutura, composição de espécies, biomassa
e carbono. Sensoriamento remoto e inventário florestal têm sido combinados há décadas para
acessar os padrões de danos na floresta em distúrbios que variam de árvores individuais até
grandes eventos catastróficos. Landsat, têm sido amplamente utilizado devido a sua grande
cobertura espacial e temporal, favorecendo análises em escala de paisagem. Mas, sua resolução
espacial média dificulta a detecção de pequenos grupos de árvores impactadas. Na última
década, lançamentos de satélites de alta resolução têm melhorado a detecção de pequenos danos
na floresta causados pelo vento. Entretanto, suas imagens têm cobertura espacial e temporal
limitada, são caras e ainda não foram testadas em distúrbios de grandes proporções. Por sua vez
isso limita nosso entendimento sobre o benefícios da resolução espacial em estimativas de
danos que transpõem escalas locais para regionais. Por outro lado, muito do que sabemos sobre
os padrões de ventos extremos potencialmente destrutivos está evidenciado pelos seus danos
nas árvores, uma vez que poucos locais contam com registros meteorológicos. Isso implica que
os padrões de ocorrência e a gravidade real de ventos extremos permanecem pouco
compreendidos, o que dificulta nossa capacidade de prever de forma confiável sua ocorrência
e gravidade em escalas locais e regionais. Esta tese está estruturada em dois capítulos. O
Capítulo 1 tem o objetivo de avaliar o efeito da resolução espacial de diferentes satélites ópticos
na estimativa da mortalidade de árvores em um evento catastrófico de grandes proporções. O
Capítulo 2 tem o objetivo de documentar os padrões locais de rajadas de ventos com potencial
destrutivo (VPD) para as árvores ao longo de um gradiente topográfico e sazonal e quantificar
como a intensidade da chuva afeta esses padrões usando dados meteorológicos na altura do
dossel. No capítulo 1, Landsat 8 (resolução espacial de 30 m) apresentou a estimativa mais
confiável em relação à mortalidade registrada em campo comparada com Sentinel 2 (10 m) e
WorldView 2 (2 m), respectivamente. Landsat 8 teve uma resolução mais próxima do nível de
detalhamento dos danos usualmente registrados por inventários florestais. Imagens de alta
resolução podem melhorar as estimativas de mortalidade, mas é necessário que danos na copa
e o rápido crescimento da regeneração natural sejam quantificados ao longo de todo o gradiente
de severidade do distúrbio. No capítulo 2, durante 24 meses de monitoramento, foram
registradas 424 VPDs em todos os meses do ano, mas essas rajadas foram mais frequentes,
rápidas e duradouras nas horas mais quentes do dia e na transição da estação seca para a
chuvosa. Áreas mais elevadas e expostas foram particularmente mais vulneráveis a VPDs. O
percentil 87 de chuva (~0.7 mm min-1) mostrou a associação mais forte com a frequência e a
duração das VPDs, destacando o papel de tempestades extremas na propagação de ventos
destrutivos. Esta pesquisa mostra que os danos na floresta variam localmente, os quais implicam
que estimativas confiáveis de mortalidade de árvores e o estabelecimento de padrões robustos
de VPD em escala de paisagem não são triviais. Isso destaca a importância de padrões locais
de distúrbio em estimativas de danos em escala de paisagem, melhorando nosso conhecimento
sobre os processos que regulam a dinâmica da floresta e o balanço de carbono na Amazônia.
Abstract
Storms propagating extreme winds are an important mechanism of tree mortality in Amazonian
forests, influencing structure, species composition, biomass and carbon. Remote sensing and
forest inventory have been combined for decades to access forest damage patterns in
disturbances ranging from individual trees to large catastrophic events. Landsat has been widely
used due to its large spatial and temporal coverage, favoring landscape-scale analysis. However,
its medium spatial resolution makes it difficult to detect small groups of impacted trees. In the
last decade, high-resolution satellite launches have improved the detection of small-scale forest
damage caused by wind. However, their images have limited spatial and temporal coverage, are
expensive and have not yet been tested on large-scale disturbances. This in turn limits our
understanding of the benefits of spatial resolution in damage estimates that transcend local to
regional scales. On the other hand, much of what we know about potentially destructive extreme
wind patterns is evidenced by their damage to trees, as few locations have meteorological
records. This implies that the patterns of occurrence and actual severity of extreme winds
remain poorly understood, which hampers our ability to reliably predict their occurrence and
severity at local and regional scales. This thesis is structured in two chapters. Chapter 1 aims to
assess the effect of the spatial resolution of different optical satellites in estimating tree
mortality in a major catastrophic event. Chapter 2 aims to document the local patterns of wind
gusts with destructive potential (WPD) for trees along a topographic and seasonal gradient and
quantify how rainfall intensity affects these patterns using meteorological data at canopy height.
In chapter 1, Landsat 8 (30 m spatial resolution) presented the most reliable estimate in relation
to mortality recorded in the field compared to Sentinel 2 (10 m) and WorldView 2 (2 m),
respectively. Landsat 8 had a resolution closer to the level of detail of the damage usually
recorded by forest inventories. High-resolution images can improve mortality estimates, but it
is necessary for crown damage and the rapid growth of natural regeneration to be quantified
along the entire gradient of disturbance severity. In Chapter 2, during 24 months of monitoring,
424 WPD were recorded in every month of the year, but these bursts were more frequent, faster
and longer-lasting in the hottest hours of the day and in the transition from the dry to the rainy
season. Higher and more exposed areas were particularly vulnerable to WPD. The 87th
percentile of rainfall (~0.7 mm min-1) showed the strongest association with the frequency and
duration of WPD, highlighting the role of extreme storms in the spread of destructive winds.
This research shows that forest damage varies locally, which implies that reliable estimates of
tree mortality and the establishment of robust landscape-scale WPD patterns are not trivial. This
highlights the importance of local disturbance patterns in landscape-scale damage estimates,
improving our knowledge of the processes that regulate forest dynamics and carbon balance in
the Amazon.
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