Artikkelit jotka sisältää sanan 'reflectance'

Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla.

Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen  väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi-indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.

• Olascoaga, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: benat.olascoagagracia@helsinki.fi

Metsän albedo ja sen ajallinen ja paikallinen vaihtelu Metsän albedoksi kutsutaan sitä osuutta metsään saapuvasta auringonsäteilyn energiasta, joka ei sitoudu metsään vaan heijastuu takaisin taivaalle. Metsän albedon tiedetään vaihtelevan muun muassa puulajin, metsän rakenteen ja lumipeitteen mukaan, mutta näiden vaihtelujen suuruutta ei ole Suomessa tarkemmin arvioitu. Tietoa albedosta tarvitaan kun arvioidaan metsien energiatasetta sekä metsien vaikutusta ilmastoon. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida kuinka suomalaisten metsien albedo vaihtelee puulajin, metsän rakenteen, aluskasvillisuuden ja vuodenaikojen vaihtelun mukaan. Aineistona käytettiin maastossa tehtyjä albedomittauksia, satelliittimittauksista laskettuja arvoja sekä mallinnusta. Maastossa tehdyistä mittauksista saadut tulokset ovat vain suuntaa-antavia pienen koealamäärän takia. Satelliittikuva-aineistojen tulkinnassa käytettiin apuna malleja, joilla voitiin arvioida heijastusarvoja kuvanalkioita suuremmassa mittakaavassa. Kasvukauden aikainen vaihtelu havumetsien albedossa oli melko pientä, mutta lehtimetsissä albedo oli keväällä ja syksyllä lumettomana aikana hieman matalampi kuin keskikesällä. Lumipeite kasvatti albedoa sekä havu- että lehtimetsissä. Albedo oli kaikkina vuodenaikoina matalin kuusimetsissä, hieman korkeampi mäntymetsissä ja korkein lehtimetsissä. Poikkeuksen muodostivat jaksot, jolloin havumetsien latvus oli lumen peitossa keskitalvella. Saman puulajin keski-ikäisissä tai varttuneissa metsissä lehtiala tai latvuspeittävyys vaikutti lumettoman ajan albedoon vain vähän, mikä saattoi osittain johtua melko matalasta aluskasvillisuuden albedosta. Nuorissa havumetsissä albedo oli suurempi kuin varttuneissa, mikä todennäköisesti johtui nuorten metsien pienemmästä lehtialasta sekä aluskasvillisuuden suuremmasta näkyvyydestä. Aluskasvillisuuden aallonpituudesta riippuva heijastus muuttui metsikön varttuessa ja riippui metsätyypistä.

• Kuusinen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: nea.j.kuusinen@helsinki.fi

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.

• Smolander, University of Helsinki, Department of Mathematics and Statistics Sähköposti: sampo.smolander@helsinki.fi

Kiinnostus metsäekosysteemejä kuvaaviin muuttujiin, joita voidaan arvioida optisilla kaukokartoitusmenetelmillä, on kasvanut viime vuosina. Kaukokartoitustekniikoiden yleinen sovellettavuus ja satelliittikuva-aineistojen spatiaalisten ja ajallisten resoluutioiden kirjo mahdollistavat kaukokartoitusmenetelmien soveltamisen terrestristen ekosysteemien rakenteen ja toiminnan laaja-alaisessa tutkimuksessa. Edellytys näiden menetelmien kehittämiselle on kuitenkin ymmärtämys mitattujen spektristen signaalien syntyyn vaikuttavista fysikaalisista tekijöistä. Pohjoisen pallonpuoliskon boreaaliset havumetsät muodostavat maapallon suurimman yhtenäisen metsävyöhykkeen. Kaukokartoituksen näkökulmasta yleisesti tunnustettu, mutta huonosti ymmärretty ilmiö on näiden havumetsien matala heijastussuhde verrattuna lehtimetsiin. Ainoa tapa tämän ilmiön ymmärtämiseen on säteilyn kulun tutkiminen havumetsien latvustossa. Väitöskirjassa tutkittiin havumetsien spektristen ja rakenteellisten tekijöiden välistä riippuvuutta empiirisissä ja simulointitutkimuksissa. Saatua uutta tietoa sovellettiin suomalaisten havumetsien lehtialaindeksin arvioimiseen optisilta satelliittikuvilta. Väitöskirjan ensimmäinen osa keskittyi latvuston mikro- ja makrotason ryhmittymisilmiön ja metsän heijastaman säteilyn välisen riippuvuuden tutkimiseen. Tulokset osoittivat, että latvuskoko ja –muoto ovat tärkeitä metsikön heijastussuhdetta muokkaavia tekijöitä. Lisäksi havaittiin, että havumetsien matalaa heijastussuhdetta lähi-infrapuna-alueella selittää pääasiallisesti versojen sisällä tapahtuva säteilyn sironta. Väitöskirjan toinen osa keskittyi lehtialaindeksin arvoimiseen optisista satelliittikuvista kasvillisuusindeksien ja metsikön fysikaalisen heijastusmallin invertoimisen avulla. Molemmat menetelmät osoittivat soveltuvuutensa lehtialaindeksin arvoimiseen. Yleinen havainto oli, että aiemmin menetelmissä vähän käytetty keskilähi-infrapuna-alue parantaa kaukokartoitettuja lehtialaindeksien estimaatteja havumetsissä.

• Rautiainen, University of Helsinki, Department of Forest Ecology Sähköposti: miina.rautiainen@helsinki.fi