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Drivers of Spatiotemporal Variability of Ecosystem Metabolism in Aridland Streams

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Stream metabolism is a critical indicator of ecosystem health and connects stream ecology to global change. Hence, understanding the controls of metabolism is essential because streams integrate land use and could be net sources or sinks of carbon dioxide (and methane) to the atmosphere. Eleven aridland streams in the southwestern…

Stream metabolism is a critical indicator of ecosystem health and connects stream ecology to global change. Hence, understanding the controls of metabolism is essential because streams integrate land use and could be net sources or sinks of carbon dioxide (and methane) to the atmosphere. Eleven aridland streams in the southwestern US (Arizona) across a hydroclimatic and size (watershed area) gradient were surveyed, and gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER) were modeled and averaged seasonally over a period of 2-4 years. The seasonal averaged GPP went as low as 0.001 g O2m-2d-1 (Ramsey Creek in 1st quarter of 2017) and as high as 14.6 g O2m-2d-1 (Santa Cruz River in 2nd quarter of 2017), whereas that of ER ranged from 0.003 (Ramsey Creek in 1st quarter of 2017) to 20.3 g O2m-2d-1 (Santa Cruz River in 2nd quarter of in 2017). The coefficient of variation (CV) of these GPP estimates within site ranged from 42% (Upper Verde River) to 157% (Wet Beaver Creek), with an average CV of GPP 91%, whereas the CV of ER ranged from 32% (Upper Verde River) to 247% (Ramsey Creek), with an average CV of ER 85%. Among 4 main categories of hypothetical predictors (hydrology, nutrient concentration, local environment, and size) on CV and point measurement of stream metabolism, the following conclusion was made: hydrologic variation only predicted the ER and CV of ER but not the GPP or CV of GPP; light and its CV controlled GPP and its CV, respectively, whereas temperature was one of the controlling factors for ER; CV of nutrient concentration was one of the drivers of CV of GPP, nitrate concentration was correlated with point measurement of GPP and ER while soluble reactive phosphorus (SRP) concentration was only relevant to GPP; watershed area was correlated with CV of GPP, while depth mattered to both GPP and ER. My work will enhance our understanding of streams at multiple temporal and spatial scales and ultimately will benefit river management practice.

ContributorsLu, Mengdi (Author) / Grimm, Nancy (Thesis advisor) / Sabo, John (Thesis advisor) / Bang, Christofer (Committee member) / Arizona State University (Publisher)

Created2022

Guía para planificar acciones contra el calor para los vecindarios de la zona metropolitana de Phoenix: crear soluciones al calor urbano en el Valle del Sol

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En la zona metropolitana de Phoenix, el calor urbano está afectando la salud, la seguridad y la economía y se espera que estos impactos empeoren con el tiempo. Se prevé que el número de días por encima de 110˚F aumentará más del doble para el 2060. En mayo de 2017,…

En la zona metropolitana de Phoenix, el calor urbano está afectando la salud, la seguridad y la economía y se espera que estos impactos empeoren con el tiempo. Se prevé que el número de días por encima de 110˚F aumentará más del doble para el 2060. En mayo de 2017, The Nature Conservancy, el Departamento de Salud Pública del condado de Maricopa, Central Arizona Conservation Alliance, la Red de Investigación en Sostenibilidad sobre la Resiliencia Urbana a Eventos Extremos, el Centro de Investigación del Clima Urbano de Arizona State University y el Center for Whole Communities lanzaron un proceso participativo de planificación de acciones contra el calor para identificar tanto estrategias de mitigación como de adaptación a fin de reducir directamente el calor y mejorar la capacidad de los residentes para lidiar con el calor. Las organizaciones comunitarias con relaciones existentes en tres vecindarios seleccionados para la planificación de acciones contra el calor se unieron más tarde al equipo del proyecto: Phoenix Revitalization Corporation, RAILMesa y Puente Movement. Más allá de construir un plan de acción comunitario contra el calor y completar proyectos de demostración, este proceso participativo fue diseñado para desarrollar conciencia, iniciativa y cohesión social en las comunidades subrepresentadas. Asimismo el proceso de planificación de acciones contra el calor fue diseñado para servir como modelo para esfuerzos futuros de resiliencia al calor y crear una visión local, contextual y culturalmente apropiada de un futuro más seguro y saludable. El método iterativo de planificación y participación utilizado por el equipo del proyecto fortaleció las relaciones dentro y entre los vecindarios, las organizaciones comunitarias, los responsables de la toma de decisiones y el equipo núcleo, y combinó la sabiduría de la narración de historias y la evidencia científica para comprender mejor los desafíos actuales y futuros que enfrentan los residentes durante eventos de calor extremo. Como resultado de tres talleres en cada comunidad, los residentes presentaron ideas que quieren ver implementadas para aumentar su comodidad y seguridad térmica durante los días de calor extremo.

Como se muestra a continuación, las ideas de los residentes se interceptaron en torno a conceptos similares, pero las soluciones específicas variaron entre los vecindarios. Por ejemplo, a todos los vecindarios les gustaría agregar sombra a sus corredores peatonales, pero variaron las preferencias para la ubicación de las mejoras para dar sombra. Algunos vecindarios priorizaron las rutas de transporte público, otros priorizaron las rutas utilizadas por los niños en su camino a la escuela y otros quieren paradas de descanso con sombra en lugares clave. Surgieron cuatro temas estratégicos generales en los tres vecindarios: promover y educar; mejorar la comodidad/capacidad de afrontamiento; mejorar la seguridad; fortalecer la capacidad. Estos temas señalan que existen serios desafíos de seguridad contra el calor en la vida diaria de los residentes y que la comunidad, los negocios y los sectores responsables de la toma de decisión deben abordar esos desafíos.

Los elementos del plan de acción contra el calor están diseñados para incorporarse a otros esfuerzos para aliviar el calor, crear ciudades resilientes al clima y brindar salud y seguridad pública. Los socios de implementación del plan de acción contra el calor provienen de la región de la zona metropolitana de Phoenix, y se brindan recomendaciones para apoyar la transformación a una ciudad más fresca.

Para ampliar la escala de este enfoque, los miembros del equipo del proyecto recomiendan a) compromiso continuo e inversiones en estos vecindarios para implementar el cambio señalado como vital por los residentes, b) repetir el proceso de planificación de acción contra el calor con líderes comunitarios en otros vecindarios, y c) trabajar con las ciudades, los planificadores urbanos y otras partes interesadas para institucionalizar este proceso, apoyando las políticas y el uso de las métricas propuestas para crear comunidades más frescas.

ContributorsMesserschmidt, Maggie (Contributor) / Guardaro, Melissa (Contributor) / White, Jessica R. (Contributor) / Berisha, Vjollca (Contributor) / Hondula, David M. (Contributor) / Feagan, Mathieu (Contributor) / Grimm, Nancy (Contributor) / Beule, Stacie (Contributor) / Perea, Masavi (Contributor) / Ramirez, Maricruz (Contributor) / Olivas, Eva (Contributor) / Bueno, Jessica (Contributor) / Crummey, David (Contributor) / Winkle, Ryan (Contributor) / Rothballer, Kristin (Contributor) / Mocine-McQueen, Julian (Contributor) / Maurer, Maria (Artist) / Coseo, Paul (Artist) / Crank, Peter J (Designer) / Broadbent, Ashley (Designer) / McCauley, Lisa (Designer) / Nature's Cooling Systems Project (Contributor) / Nature Conservancy (U.S.) (Contributor) / Phoenix Revitalization Corporation (Contributor) / Puente Movement (Contributor) / Maricopa County (Ariz.). Department of Public Health (Contributor) / Central Arizona Conservation Alliance (Contributor) / Arizona State University. Urban Climate Research Center (Contributor) / Arizona State University. Urban Resilience to Extremes Sustainability Research Network (Contributor) / Center for Whole Communities (Contributor) / RAILmesa (Contributor) / Vitalyst Health Foundation (Funder)

Created2022

Guía para planificar acciones contra el calor para los vecindarios de la zona metropolitana de Phoenix: crear soluciones al calor urbano en el Valle del Sol (versión de alta resolución)

ContributorsMesserschmidt, Maggie (Contributor) / Guardaro, Melissa (Contributor) / White, Jessica R. (Contributor) / Berisha, Vjollca (Contributor) / Hondula, David M. (Contributor) / Feagan, Mathieu (Contributor) / Grimm, Nancy (Contributor) / Beule, Stacie (Contributor) / Perea, Masavi (Contributor) / Ramirez, Maricruz (Contributor) / Olivas, Eva (Contributor) / Bueno, Jessica (Contributor) / Crummey, David (Contributor) / Winkle, Ryan (Contributor) / Rothballer, Kristin (Contributor) / Mocine-McQueen, Julian (Contributor) / Maurer, Maria (Artist) / Coseo, Paul (Artist) / Broadbent, Ashley (Designer) / Crank, Peter J (Designer) / McCauley, Lisa (Designer) / Nature's Cooling Systems Project (Contributor) / Nature Conservancy (U.S.) (Contributor) / Phoenix Revitalization Corporation (Contributor) / Puente Movement (Contributor) / Maricopa County (Ariz.). Department of Public Health (Contributor) / Central Arizona Conservation Alliance (Contributor) / Arizona State University. Urban Climate Research Center (Contributor) / Arizona State University. Urban Resilience to Extremes Sustainability Research Network (Contributor) / Center for Whole Communities (Contributor) / RAILmesa (Contributor) / Vitalyst Health Foundation (Funder)

Created2022

Guía para planificar acciones contra el calor para los vecindarios de la zona metropolitana de Phoenix: crear soluciones al calor urbano en el Valle del Sol (versión de baja resolución)

ContributorsMesserschmidt, Maggie (Contributor) / Guardaro, Melissa (Contributor) / White, Jessica R. (Contributor) / Berisha, Vjollca (Contributor) / Hondula, David M. (Contributor) / Feagan, Mathieu (Contributor) / Grimm, Nancy (Contributor) / Beule, Stacie (Contributor) / Perea, Masavi (Contributor) / Ramirez, Maricruz (Contributor) / Olivas, Eva (Contributor) / Bueno, Jessica (Contributor) / Crummey, David (Contributor) / Winkle, Ryan (Contributor) / Rothballer, Kristin (Contributor) / Mocine-McQueen, Julian (Contributor) / Maurer, Maria (Artist) / Coseo, Paul (Artist) / Crank, Peter J (Designer) / Broadbent, Ashley (Designer) / McCauley, Lisa (Designer) / Nature's Cooling Systems Project (Contributor) / Nature Conservancy (U.S.) (Contributor) / Phoenix Revitalization Corporation (Contributor) / Puente Movement (Contributor) / Maricopa County (Ariz.). Department of Public Health (Contributor) / Central Arizona Conservation Alliance (Contributor) / Arizona State University. Urban Climate Research Center (Contributor) / Arizona State University. Urban Resilience to Extremes Sustainability Research Network (Contributor) / Center for Whole Communities (Contributor) / RAILmesa (Contributor) / Vitalyst Health Foundation (Funder)

Created2022

The Role of Hydrologic Variability in Food Security: An analysis on the effect of variable hydrology on food systems in the Mekong

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Functioning freshwater ecosystems are widely recognized as a planetary boundary for the continued human inhabitation of our planet, but little is known about the tradeoffs at the nexus of food, energy and water. In this dissertation I explored the effects of hydrologic variability in the Lower Mekong Basin (LMB)…

Functioning freshwater ecosystems are widely recognized as a planetary boundary for the continued human inhabitation of our planet, but little is known about the tradeoffs at the nexus of food, energy and water. In this dissertation I explored the effects of hydrologic variability in the Lower Mekong Basin (LMB) on rice production and functional structure of fish catches. I then examined the tradeoffs at the intersection of fish and rice harvest as a function of hydrologic variability and modeled production under novel engineered hydrologic scenarios. I modeled rice production using a Multivariate Autoregressive State Space (MARSS) model and mechanistically tested for the effect of saline intrusion. I found rice production to be heterogeneously affected by hydrology; in saline afflicted areas, floods had a positive effect size on production, whereas in non-saline afflicted areas, floods had a negative effect size on production. To address hydrologic filtering of the functional structure of fish catches, I collected thousands of specimens from over 100 LMB species in collaboration with Cambodia’s Inland Fisheries Research and Development institute and the Royal University of Agriculture. LMB fishes comprise a large portion of the 1,200 known species in the basin and have historically provided a substantial amount of animal protein to 60 million people in the region. Using an RLQ, co-inertia analysis, I found four functionally relevant morphological trats that were significantly associated with hydrologic variation—mouth position, maxillary length, relative body depth, and relative head depth. These traits are associated with many of the threated species in the LMB, which make up a large portion of the 1200 known species in the basin and have historically provided a substantial amount of animal protein to 60 million people in the region. To examine the tradeoffs within food systems, I used MARSS maximum likelihood estimation to forecast fish and rice production throughout the LMB under different hydrologic scenarios. I end my dissertation with an opinion piece on NexGen Mekong Scientists, a program I started in 2020 with funding from the United States Department of State.

ContributorsHolway, Joseph Henry (Author) / Sabo, John (Thesis advisor) / Grimm, Nancy (Committee member) / Holtgrieve, Gordon (Committee member) / Winemiller, Kirk (Committee member) / Hanemann, Michael (Committee member) / Arizona State University (Publisher)

Created2024