{"id":15767,"date":"2026-06-02T11:12:20","date_gmt":"2026-06-02T11:12:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/raquel-gonzalez-armas\/"},"modified":"2026-06-02T11:12:28","modified_gmt":"2026-06-02T11:12:28","slug":"raquel-gonzalez-armas","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/raquel-gonzalez-armas\/","title":{"rendered":"Raquel Gonzalez Armas"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":15768,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15767","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Between stomata and clouds","samenvatting":"Vegetatie bedekt een groot deel van het landoppervlak van de wereld. In deze gebieden hebben vegetatie en atmosfeer interactie door de uitwisseling van energie, warmte, waterdamp, kooldioxide (CO2) en andere chemische verbindingen. Deze interacties veranderen op belangrijke wijze zowel de toestand van de vegetatie als de toestand van de lagere atmosfeer, de zogenaamde atmosferische grenslaag. Hoewel deze interacties al jarenlang worden bestudeerd, blijven er uitdagingen bestaan bij het begrijpen en weergeven ervan in aardsysteemmodellen. Een grote uitdaging is het verminderen van de huidige onzekerheden over de uitwisseling van energie en materie, wat de studie van de vegetatie en atmosfeer als een gekoppeld en continu systeem vereist. Om dat doel te bereiken, moeten onderzoeksmethoden de relevante biofysische processen over verschillende schalen en wetenschappelijke disciplines heen weergeven.\n\nIn dit proefschrift dragen we bij aan het begrip van vegetatie-atmosfeer-interacties door ecofysiologie op bladniveau, microklimaat in het bladerdak, turbulentie, straling en wolkenprocessen te koppelen binnen een eenduidig diurnaal en schaaloverschrijdend kader. We doen dit door studies uit te voeren die uitgebreide observationele datasets combineren met modelleringsbenaderingen op kilometrische ruimtelijke schalen. Wat betreft observaties hebben we deelgenomen aan veldcampagnes in drie diverse ecosystemen: een agrarisch luzerneveld (La Cendrosa, Spanje), een tropisch Amazoneregenwoud (ATTO-locatie, Brazili\u00eb) en een gematigd bos (Loobos, Nederland). Het bestuderen van meerdere locaties stelde ons in staat om de vegetatie-atmosfeer-interacties te onderzoeken over verschillende structuren van het bladerdak en atmosferische regimes. Om de interacties te onderzoeken, gebruikten we meerdere modelbenaderingen: (1) een conceptueel atmosferisch menglaagmodel (CLASS-model) dat structureel analoog is aan een roostercel in een mondiaal aardsysteemmodel, (2) een meerlagig bladerdakschema dat verticale variabiliteit vastlegt die vaak wordt verwaarloosd in landoppervlakteschema's, en (3) een bladerdak-oplossend Large-Eddy Simulation-model (can-DALES-model) dat een hoog realisme bereikt door luchttransport binnen en boven het bladerdak expliciet op te lossen.\n\nAls eerste stap onderzoekt Hoofdstuk 2 hoe vier omgevingsvariabelen van het bladerdak - fotosynthetisch actieve straling (PAR), dampdruktekort (VPD), luchttemperatuur (T) en atmosferische CO2-concentratie (Ca) - de uitwisseling van water en CO2 op blad- en bladerdakschaal beheersen. Ons doel was om de invloed van atmosferische omstandigheden op huidmondjesregulatie, fotosynthese en transpiratie op bladniveau te begrijpen, en om te beoordelen hoe deze reacties doorwerken naar de ecosystem-schaal. Hiertoe ontwikkelen we een wiskundig kader dat kwantificeert hoe uitwisselingsprocessen op bladniveau expliciet afhangen van atmosferische factoren. De resultaten toonden aan dat de dagelijkse evolutie van huidmondjesregulatie, fotosynthese en transpiratie primair werd bepaald door PAR, T en VPD, waarbij Ca minimaal bijdroeg. Het kader stelde ons in staat om de interacties tussen de atmosferische grenslaag en de vegetatie te ontrafelen. We konden bijvoorbeeld onderscheiden hoe schaduw door wolken de CO2-assimilatie verminderde door zowel minder straling als bijbehorende temperatuurdalingen. Als zodanig bleek het voorgestelde kader een nuttig hulpmiddel om de temporele dynamiek van vegetatie-uitwisseling in weer- en klimaatmodellen te analyseren.\n\nIn Hoofdstuk 3 onderzochten we de dagelijkse en verticale variabiliteit van het microklimaat in het bos, transpiratie en CO2-assimilatie voor een tropisch Amazonewoud. Voortbouwend op het temporele perspectief van Hoofdstuk 2 introduceert dit hoofdstuk verticale variabiliteit binnen het bladerdak als een sleuteldimensie bij het beheersen van de uitwisseling in het ecosysteem. De studie integreert (1) waarnemingen in een tropisch Amazonewoud en (2) een meerlagige bladerdakbenadering die wordt gestuurd door de verkregen metingen tijdens een bewolkte dag. We vonden kenmerkende waargenomen verticale profielen van bladeigenschappen en microklimaat, die gedurende het grootste deel van de dag in stand bleven. In het bijzonder vonden we een aanhoudende temperatuurinversie binnen het bladerdak, die luchtmenging tussen het bovenste derde deel van het bladerdak en de lagere lagen belemmerde. De modelleringsbenadering onthulde dat de transpiratie van het bos en de CO2-assimilatie werden gedomineerd door de dynamiek van het bovenste derde deel van het bladerdak. Verschillen tussen de gemodelleerde CO2-assimilatie en het waargenomen CO2-oppervlaktetransport onderstreepten het belang van CO2-opslag en ventilatie-gebeurtenissen binnen het bladerdak, vooral tijdens de ochtend.\n\nIn Hoofdstuk 4 richtten we ons op een cruciale microklimatologische factor voor ecosysteemfluxen: straling. Kortgolvige zonnestraling drijft de opwarming van het oppervlak en de evapotranspiratie aan, terwijl een deel ervan, de PAR-straling, de fotosynthese regelt. Op hun beurt regelt langgolvige straling die wordt uitgezonden door de vegetatie, de bodem en de lucht de lucht- en bladerdaktemperaturen. In dit hoofdstuk hebben we onderzocht hoe straling door de vegetatie wordt doorgegeven door een stralingsoverdrachtsschema voor een bladerdak-oplossend Large-Eddy Simulation-model te verbeteren en te evalueren. Het schema simuleert kortgolvige en langgolvige straling en zet de belangrijke stap om rekening te houden met het voorkeursgebruik van straling door planten door vier kortgolvige spectrale banden op te lossen: ultraviolet (280-400 nm), PAR (400-700 nm), ver-rood (700-750 nm) en nabij-infrarood (750-4000 nm). We onderzochten ook hoe de kortgolvige stralingsoverdracht varieerde afhankelijk van externe forceringen, gerelateerd aan de zonnestand en de directe en diffuse verhouding van zonnestraling, en van interne bladerdakfactoren, gerelateerd aan de bladbiomassa en de verdeling ervan over het bladerdak. De resultaten lieten zien dat het schema spectrale verschillen in de reflectie van het bladerdak en verticale profielen van de stralingsfluxen reproduceerde. Het stralingsoverdrachtsschema voor het bladerdak maakt nu onderzoek naar het effect van ultraviolette en ver-rode straling op fotosynthese en oppervlaktefluxen mogelijk.\n\nIn Hoofdstuk 5 hebben we de bos-atmosfeer-interacties onderzocht door vier onderling verbonden aspecten van het gekoppelde systeem te integreren: bosmicroklimaat, fluxen op bladschaal, fluxen op ecosysteemschaal en de overgang van een heldere naar een bewolkte grenslaag. Daartoe combineerden we (1) waarnemingen in een tropisch Amazonewoud en (2) een bladerdak-oplossende Large-Eddy Simulation. Dit werk bouwt voort op de voorgaande hoofdstukken door op dagniveau bladecofysiologie, verticaal gestructureerde microklimaten in het bladerdak en gedetailleerde stralingsoverdracht in het bladerdak gelijktijdig te koppelen aan turbulentie op bladerdak- en grenslaagschaal. Bovendien rapporteert deze studie, voor zover wij weten, de eerste bladerdak-oplossende Large-Eddy Simulation die grenslaagwolken bevat. De simulatieresultaten valideerden goed voor de vier thema's, wat het realisme ervan aantoont. De simulatie reproduceerde een stabiele luchtlaag binnen het bladerdak die gedurende de dagelijkse cyclus uitzette en kromp, en die de opslag en ventilatie van lucht binnen het bladerdak be\u00efnvloedde. Bovendien legde de simulatie de overgang van een heldere hemel naar een ondiep-cumulusregime vast, terwijl de turbulentie op bladerdakschaal die de oppervlakteforceringen moduleert, werd opgelost. Deze studie effent de weg naar toekomstige studies over stralings- en turbulente vegetatie-wolk-feedbacks.\n\nIn Hoofdstuk 6 analyseerden we de diurnale variabiliteit van koolstofcyclustracers (CO2, O2 en \u03b4 13C-CO2) in een tropisch Amazonewoud en een gematigd bos. Koolstofcyclustracers worden vaak gebruikt om informatie over de biosfeer af te leiden door de beweging van koolstof tussen de atmosfeer en het land te volgen. Om bij te dragen aan de interpretatie van de atmosferische signalen van de koolstofcyclustracers, richtten we ons op het bepalen van welke (oppervlakte- of atmosferische) processen verantwoordelijk zijn voor hun diurnale variabiliteit. Hiervoor maakten we gebruik van zowel (1) waarnemingen als (2) numerieke experimenten uitgevoerd met het CLASS-model. We berekenden het diurnale bereik van de koolstofcyclustracers en kwantificeerden de bijdrage van oppervlakte- en atmosferische processen aan dat bereik. De resultaten onthulden het belang van atmosferische processen, namelijk de menging van vrije troposferische lucht, bodemdaling (subsidentie) en wolkenventilatie, bij het vormen van de diurnale variaties van de koolstofcyclustracers. De bevindingen onderstreepten het nut van het gebruik van het diurnale bereik als metriek om atmosferische tracertransportmodellen te evalueren.\n\nTen slotte vat Hoofdstuk 7 de belangrijkste bevindingen van de hoofdstukken 2-6 samen, plaatst ze in hun context en identificeert toekomstige onderzoeksmogelijkheden en praktische toepassingen. Toekomstige onderzoeksrichtingen omvatten het uitbreiden van dit werk naar nachtelijke omstandigheden; het verdiepen van het onderzoek naar turbulente en stralingsfeedbacks tussen vegetatie en wolken; het opnemen van horizontale heterogeniteit in de structuur van de vegetatie; het onderzoeken van interacties tijdens en na neerslaggebeurtenissen; en het opnemen van deeltjes die door vegetatie worden uitgestoten en fungeren als wolkencondensatiekernen.\n\nConcluderend toont dit proefschrift aan dat vegetatie-atmosfeer-interacties worden gemedieerd door een nauwe koppeling tussen bladerdakecofysiologie, microklimaat, turbulentie en wolkenprocessen, die opereren op blad-, bladerdak- en atmosferische grenslaagschalen en sterk evolueren gedurende de dagelijkse cyclus. Door uitgebreide observationele datasets te combineren met modelleringsbenaderingen, benadrukt dit proefschrift het belang van het begrijpen en weergeven van diurnale en verticale variabiliteit binnen en boven het bladerdak bij het bestuderen van land-atmosfeeruitwisseling. De resultaten onderstrepen het potentieel van bladerdak-oplossende benaderingen om processen op ecosysteemschaal en atmosferische dynamiek te overbruggen, en bieden nieuwe manieren om het fysieke realisme van landoppervlakteschema's in aardsysteemmodellen te verbeteren.","summary":"Vegetation covers a large proportion of the world\u2019s land. On those areas, vegetation and atmosphere interact by exchanging energy, heat, water vapor, carbon dioxide (CO2), and other chemical compounds. These interactions importantly alter both the state of the vegetation and the state of the lower atmosphere, the so-called atmospheric boundary layer. While these interactions have been studied for many years, challenges on its understanding and representation in Earth system models still abound. A major challenge is reducing the current uncertainties on the exchanges of energy and matter, which requires the study of the vegetation and atmosphere as a coupled and continuum system. To meet that goal, research approaches need to represent the relevant biophysical processes across scales and scientific disciplines.\n\nIn this thesis, we contribute to the understanding of vegetation-atmosphere interactions by linking leaf-scale ecophysiology, canopy microclimate, turbulence, radiation, and cloud processes within a unified diurnal and multi-scale framework. We do so by conducting studies that combine comprehensive observational datasets and modeling approaches at kilometric spatial scales. In terms of observations, we participated in field campaigns in three diverse ecosystems: an agricultural alfalfa field (La Cendrosa site, Spain), a tropical Amazon rainforest site (ATTO site, Brazil), and a temperate forest site (Loobos site, The Netherlands). Studying multiple sites enabled us to investigate the vegetation-atmosphere interactions across canopy structures and atmospheric regimes. To investigate the interactions, we used multiple model approaches: (1) a conceptual atmospheric mixed-layer model (CLASS model) which is structurally analogous to a grid cell in a global Earth system model, (2) a multi-layer canopy scheme which captures vertical variability often neglected in land-surface schemes, and (3) a canopy-resolving Large-Eddy Simulation model (can-DALES model) which attains high realism by explicitly solving air transport within and above canopies.\n\nAs a first step, Chapter 2 examines how four canopy environmental variables - photosynthetically active radiation (PAR), vapor pressure deficit (VPD), air temperature (T), and atmospheric CO2 concentration (Ca) - control leaf level and canopy-scale exchanges of water and CO2. Our objective was to understand the influence of atmospheric conditions on stomatal regulation, photosynthesis, and transpiration at the leaf level, and to assess how these responses propagate to the ecosystem scale. To this end, we develop a mathematical framework that quantifies how leaf level exchange processes depend explicitly on atmospheric drivers. Results revealed that the diurnal evolution of stomatal regulation, photosynthesis, and transpiration was primarily governed by PAR, T, and VPD, with Ca minimally contributing. The framework enabled us to disentangle interactions between the atmospheric boundary layer and the vegetation. For example, we could differentiate how cloud shading reduced CO2 assimilation through both diminished radiation and associated temperature decreases. As such, the proposed framework proved a useful tool to analyze temporal vegetation exchange dynamics in weather and climate models.\n\nIn Chapter 3, we investigated the diurnal and vertical variability of forest microclimate, transpiration and CO2 assimilation for a tropical Amazon forest. Building on the temporal perspective of Chapter 2, this chapter introduces vertical variability within the canopy as a key dimension controlling ecosystem exchange. The study integrates (1) observations acquired in a tropical Amazon forest, and (2) a multi-layer canopy approach which is driven by the acquired measurements, during a cloudy day. We found distinctive observed vertical profiles of leaf traits and microclimate, which were maintained during most of the daytime. In particular, we found a persistent inversion of temperature within the canopy, which hindered air mixing between the upper third of the canopy and the lower layers. The modeling approach revealed that the forest transpiration and CO2 assimilation was dominated by the dynamics of the upper third of the canopy. Differences between the modeled CO2 assimilation and the observed CO2 surface transport underscored the importance of CO2 storage and ventilation events within the canopy, particularly during the morning.\n\nIn Chapter 4, we focused on a key microclimatic factor for ecosystem fluxes, radiation. Solar shortwave radiation drives the surface heating and the evapotranspiration, while a part of it, the PAR radiation, controls the photosynthesis. In turn, longwave radiation emitted by the vegetation, soil and sky regulates air and canopy temperatures. In this chapter, we investigated how radiation is transmitted through the vegetation by improving and evaluating a canopy radiative transfer scheme for a canopy-resolving Large-Eddy Simulation model. The scheme simulates shortwave and longwave radiation, and make the important step of accounting for the plant preferential use of radiation by resolving four shortwave spectral bands: ultraviolet (280-400 nm), PAR (400-700 nm), far-red (700-750 nm), and near infrared (750-4000 nm). We also explored how the shortwave radiative transfer varied depending on external forcings, related to the sun position and the direct and diffuse proportion of solar radiation, and on internal canopy factors, related to the leaf biomass and its distribution across the canopy. Results showed that the scheme reproduced spectral differences in canopy reflectance and vertical profiles of the radiative fluxes. The canopy radiative transfer scheme now enables the investigation of the effect of ultraviolet and far-red radiation on photosynthesis and surface fluxes.\n\nIn Chapter 5, we explored the forest-atmosphere interactions by integrating four interconnected aspects of the coupled system: forest microclimate, leaf-scale fluxes, ecosystem-scale fluxes, and the clear-to-cloudy boundary-layer transition. To that end, we combined (1) observations acquired in a tropical Amazon forest and (2) a canopy-resolving Large-Eddy Simulation. This work builds upon the previous chapters by simultaneously linking, at diurnal scales, leaf ecophysiology, vertical structured canopy microclimates, and detailed radiative canopy transfer with canopy-scale and atmospheric boundary layer-scale turbulence. Additionally, to our knowledge, this study reports the first canopy-resolving Large-Eddy Simulation which includes boundary layer clouds. The simulation results validated well for the four themes, demonstrating its realism. The simulation reproduced a stable air layer within the canopy which expanded and shrunk following a diurnal cyle, and which affected the storage and ventilation of within canopy air. Furthermore, the simulation captured the transition from clear sky to a shallow-cumulus regime while resolving canopy-scale turbulence that modulates the surface forcings. This study paves the way to future studies regarding radiative and turbulent vegetation-cloud feedbacks.\n\nIn Chapter 6, we analyzed the diurnal variability of carbon cycle tracers (CO2, O2, and \u03b4 13C-CO2) in a tropical Amazon forest site and a temperate forest site. Carbon cycle tracers are often used to infer information about the biosphere by tracking the movement of carbon between the atmosphere and land. To contribute to interpret the atmospheric signals of the carbon cycle tracers, we focused on determining which (surface or atmospheric) processes are responsible for their diurnal variability. For doing so, we employed both (1) observations and (2) numerical experiments performed by the CLASS model. We calculated the diurnal range of the carbon cycle tracers and quantified the contribution of surface and atmospheric processes to that range. Results revealed the importance of atmospheric processes, namely entrainment of free tropospheric air, subsidence, and cloud ventilation, in shaping the diurnal variations of the carbon cycle tracers. The findings underscored the utility of using the diurnal range as a metric to evaluate atmospheric tracer transport models.\n\nFinally, Chapter 7 synthesizes the key findings of Chapters 2-6, placing them into context and identifying future research opportunities and practical applications. Future research directions include extending this work to nighttime conditions; deepening the exploration of turbulent and radiative vegetation-cloud feedbacks; incorporating horizontal heterogeneity in vegetation structure; investigating interactions during and after precipitation events; and including particles emitted by vegetation that act as cloud condensation nuclei.\n\nIn conclusion, this thesis shows that vegetation-atmosphere interactions are mediated by a tight coupling between canopy ecophysiology, microclimate, turbulence, and cloud processes, operating across leaf, canopy, and atmospheric boundary layer scales, and evolving strongly over the diurnal cycle. By combining comprehensive observational datasets with modeling approaches, this dissertation highlights the importance of understanding and representing diurnal and vertical variability within and above canopies when studying land-atmosphere exchange. The results underscore the potential of canopy-resolving approaches to bridge ecosystem-scale processes and atmospheric dynamics, offering new ways to improve the physical realism of land-surface schemes in Earth system models.","auteur":"Raquel Gonzalez Armas","auteur_slug":"raquel-gonzalez-armas","publicatiedatum":"1 juli 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/raquelgonzalezarmas?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/131e2d7a-f93f-478e-898b-7fd31597ea91\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"19004","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":15769,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15767","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15767"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15767\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15770,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15767\/revisions\/15770"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15768"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15767"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15767"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}