Greenhouse gases exchange over and within a tropical forest in Africa

Abstract

In this thesis the fluxes of the two main greenhouse gases, CH4 and CO2, are measured by means of the eddy covariance technique in the rainforest of Ankasa in Ghana. Since tropical rainforests play a prominent role in the global carbon and methane cycle, flux dynamics are investigated both over and within the forest canopy. To achieve these results, the working plan was structured in several phases. As EC methane flux measurements is a rather recently topic, a preliminary meta-analysis by which the state of the art in trace gas fluxes studies on global scale is reviewed. This result is presented in chapter 2. Measurements of below canopy methane fluxes is reported in chapter 3. Here is reported the result of two measurement campaign, executed during the dry and wet season in a periodically swamped area near the main tower. The feasibility of the approach is evaluated with the aim of programming a longer sampling and comparing results with concurrent soil chamber measurements. In chapter 4 is reported an investigation on CO2 and CH4 storage fluxes and how much they impact on above canopy fluxes. The relation between the two storages and between storages and some controlling environmental variables are explored with the aim of either properly correct the above canopy flux, test the magnitude and the suitability of such corrections and eventually parameterize the storage flux trend. In chapter 5, CH4 and CO2 fluxes measurement over the forest canopy is reported. Beyond the fluxes quantification here it is reported the seasonal trend analysis of fluxes, the footprint analysis to localize the source regions, the error assessment and the quantification of the minimum detectable flux. Then a carbon balance for the analysed period is computed.

Questa tesi riguarda lo studio dei flussi di metano (CH4) e anidride carbonica (CO2) misurati nella foresta tropicale di Ankasa in Ghana tramite la tecnica dell’eddy covariance. Le misure sono state effettuate sia sotto che sopra lo strato delle chiome. Sono state inoltre valutate le potenzialità di questa tecnica nel misurare CH4 su ecosistemi complessi. Per raggiungere questi obiettivi, il lavoro è stato articolato in fasi diverse. Le misure EC di CH4 rappresentano un aspetto recente nello studio dei gas serra, quindi è stata effettuata una meta-analisi preliminare attraverso la quale è stato possibile conoscere lo stato dell’arte di queste misure su scala globale. Il risultato di questa analisi è riportato nel capitolo 2. La misura dei flussi di CH4 sotto chioma è riportata nel capitolo 3. In questo capitolo sono riportati i risultati di due campagne di misura eseguite su un’area periodicamente inondata, situata nei pressi della stazione principale. Nel capitolo 4 è riportata un’analisi dello storage di CO2 e CH4 e di quanto esso contribuisca ai flussi misurati dalla torre al disopra delle chiome. Per la CO2 i risultati sono basati su un anno di misurazioni in continuo del profilo verticale lungo la torre. Per il CH4 sono stati effettuati campionamenti di 24 ore durante tre campagne di misura in stagioni differenti. Il capitolo 5 descrive la stima dei flussi di CH4 e CO2 effettuata al disopra dello strato delle chiome tramite la tecnica dell’EC. Oltre alla quantificazione dei flussi e l’individuazione della loro area sorgente (footprint), è riportata un’analisi dei trend, una valutazione dell’errore di stima e del flusso minimo misurabile dal sistema. Infine è stato calcolato il bilancio netto del carbonio durante il periodo di misura.