A model to estimate light interception by tree crowns, applied to black spruce

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Abstract:

CORONA is a spatially explicit model designed to efficiently estimate the quantity of shortwave radiation intercepted by individual tree crowns. Radiation interception is determined from intersections of light rays with tree crowns for rays originating throughout the sky hemisphere. CORONA comprises a flexible, asymmetric description of crowns, a computationally efficient ray-tracing procedure, numerical solution of ray × crown intersections, and several alternative within-crown light interception functions. The interception functions were calibrated and evaluated in two plots located in black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) stands, where tree positions and crowns were mapped. An interception function using only the number of intercepting crowns (i.e., a hits function) generally resulted in better agreement between modelled and observed light levels than an interception function using the total path length through crowns. There was some evidence that transmission was greater in parts of crowns within low-light-level environments. This effect can be incorporated into an interception function for more realistic modelling of interception. Errors in crown description are likely the main cause of discrepancies between modelled and observed light levels on a half-hourly basis. The agreement between modelled and observed light levels on a daily basis indicates that CORONA can provide useful estimates of light interception by tree crowns.

CORONA est un modèle spatialement explicite mis au point dans le but d'estimer avec efficience la quantité de rayonnement de courtes longueurs d'onde intercepté par le houppier de chaque arbre. L'interception du rayonnement par la couronne est déterminée par la rencontre des rayons de lumière provenant de toute l'hémisphère céleste avec le houppier des arbres. CORONA inclut une description flexible et asymétrique des houppiers, une procédure efficiente de calcul pour suivre les rayons lumineux, une solution numérique pour la rencontre des rayons lumineux avec les houppiers et d'autres fonctions alternatives d'interception de la lumière à l'intérieur du houppier. Les fonctions d'intercep tion ont été calibrées et évaluées dans deux placettes situées dans des peuplements d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP), où la position des arbres et de leur couronne a été cartographiée. Une fonction d'interception n'utilisant que le nombre de houppiers interceptés (c.-à-d. une fonction de succès) fournissait un meilleur accord entre les niveaux observés et modélisés de lumière qu'une fonction d'interception qui utilise la longueur totale du parcours au travers des houppiers. Il est devenu apparent que la transmission était plus élevée dans les parties du houppier soumises à un environnement de faible luminosité. Cet effet peut être incorporé à une fonction d'interception pour obtenir des modèles d'interception plus réalistes. Des erreurs dans la description des houppiers sont sans doute une cause importante de divergence entre les niveaux observés et modélisés de lumière sur une base semi-horaire. La concordance entre les niveaux modélisés et observés de lumière sur une base journalière indique que CORONA peut fournir des estimations utiles de l'interception de la lumière par le houppier des arbres.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2004

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