Sampo Smolander

Radiative transfer, interception and scattering in coniferous forests: models and applications for production ecology and remote sensing

Smolander S. (2006). Radiative transfer, interception and scattering in coniferous forests: models and applications for production ecology and remote sensing. https://doi.org/10.14214/df.22

Tiivistelmä

Tässä työssä kehitetään menetelmiä versorakenteen huomioimiseksi havumetsien valonkulkumalleissa. Havupuiden versorakenne vaihtelee kasvuston sisällä saatavilla olevan valon määrästä riippuen. Versorakenne vaikuttaa siihen kuinka paljon verso sitoo valoa suhteessa verson neulaspinta-alaan, neulasbiomassaan ja verson sisältämän typen määrään. Neulasten ryhmittyminen versoiksi aiheuttaa myös huomattavan määrän valon moninkertaista sirontaa yhden verson eri neulasten välillä. Versorakenteen vaikutusta valonsidontaan käsitellään metsikkötason fotosynteesi- ja resurssienkäyttömallien näkökulmasta ja versonsisäistä valon moninkertaista sirontaa metsien kaukokartoituksessa käytettävien fysikaalisten heijastusmallien näkökulmasta. Valon sidonta. Esitetään menetelmä havupuun verson sitoman fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn (PAR) määrän estimoimiseksi. Menetelmässä käytetään mallia kasvuston yläpuoliselta taivaalta tulevan säteilyn suuntajakaumasta, verson kohdalta otetuista kalansilmäkuvista analysoitua kasvuston aukkoisuutta eri suunnissa ja mittauksia verson asennosta ja muodosta. Aineistoa metsikön valaistusoloista, versojen ja neulasten rakenteista sekä typpipitoisuuksista on kerätty purppurapihdasta (Abies amabilis (Dougl.) Forbes) ja kuusesta (Picea abies (L.) Karst.). Versorakenne mukautui kasvustonsisäiseen valonvaihteluun siten että varjostetummilla versoilla oli suurempi valonsidonnan tehokkuus. Versojen valonsidonnan tehokkuus vaihteli noin kaksinkertaisesti suhteessa neulaspinta-alaan, noin nelinkertaisesti suhteessa neulasten kuivapainoon ja noin viisinkertaisesti suhteessa typen määrään. Vertailu lannoitetun ja lannoittamattoman kuusimetsikön välillä osoitti ettei lannoitus juurikaan vaikuta versojen valonsidonnan tehokkuuteen. Valon sironta. Havupuiden verson rakenteesta aiheutuu valon moninkertaista sirontaa verson neulasten välillä. Monisirontaa simuloitiin käyttämällä geometrista mallia verson rakenteesta ja säteenjäljitysmenetelmää. Simulaatiotulosten pohjalta osoitetaan että verson sirontakertoimen riippuvuus neulasten sirontakertoimesta voidaan kuvata yksinkertaisella yksiparametrisella mallilla. Tämä parametri, jota kutsutaan uudelleentörmäystodennäköisyydeksi, kuvaa kuinka tiukasti neulaset ovat versossa ryhmittyneet. Parametri ei riipu säteilyn aallonpituudesta, ja se voidaan liittää aikaisempiin ryhmittymisindekseihin. Kuvaamalla versonsisäinen monisironta uudelleentörmäystodennäköisyyden avulla voidaan lehtiä peruselementteinä käyttävät valonkulkumallit muuntaa käyttämään versoja peruselementteinä, jolloin malleja voidaan soveltaa havumetsille. Tämän lähestymistavan alustava testaus näyttää, ainakin osittain, selittävän miksi havumetsät näyttävät satelliittiaineistossa lehtimetsiä tummemmilta.

Avainsanat
verson rakenne; valon sidonta; lehtialaindeksi; metsikön heijastusmalli; moninkertainen sironta; fotonien uudelleentörmäystodennäköisyys

Julkaistu 16.6.2006

Katselukerrat 4755

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.22 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Smolander, S. & Stenberg, P. 2001. A method for estimating light interception by a conifer shoot. Tree Physiology 21(12/13): 797-803.

(Errata: On page 799 some units are wrong. Both kJ and KJ should always be MJ.)

http://heronpublishing.com/tree/summaries/volume21/a21-797.html

Stenberg, P., Smolander, H., Sprugel, D., & Smolander, S. 1998. Shoot structure, light interception and distribution of nitrogen in an Abies amabilis canopy. Tree Physiology 18(11): 759-767.

http://heronpublishing.com/tree/summaries/volume18/a18-759.html

Palmroth, S., Stenberg, P., Smolander, S., Voipio, P. & Smolander, H. 2002. Fertilization has little effect on light-interception efficiency of Picea abies shoots. Tree Physiology 22(15/16): 1185-1192.

http://heronpublishing.com/tree/summaries/volume22/a22-1185.html

Smolander, S. & Stenberg, P. 2003. A method to account for shoot scale clumping in coniferous canopy reflectance models. Remote Sensing of Environment 88(4): 363-373.

(Errata: on page 367, in the line following Eq. 9, ù_L should be leaf scattering coefficient, not reflectance.)

https://doi.org/10.1016/j.rse.2003.06.003

Smolander, S. & Stenberg, P. 2005. Simple parameterizations of the radiation budget of uniform broadleaved and coniferous canopies. Remote Sensing of Environment 94(3): 355-363.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2004.10.010

---