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MVP: a model to simulate the spatial patterns of photosynthetically active radiation under discrete forest canopies

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Abstract:

The spatial patterns of photosynthetically active radiation (PAR) under forest canopies, including both its mean and spatial variation, are critical factors to numerous understory ecophysiological processes. Currently, Beer's law is the primary algorithm used in ecological models simulating PAR transmission through plant canopies, because more accurate models are too complicated to be used operationally. This study developed a simple and computationally efficient model at a stand scale to simulate both the mean and variation of PAR (MVP) under forest canopies. The model assumes that a forest canopy is composed of individual crowns distributed within upper and lower boundaries with two types of gaps: the between- and within-crown gaps. The between-crown gaps are simulated with geometric optics, and the within-crown gaps are described by Beer's law. The model accounts for the covariance of PAR in space through time, making it possible to simulate both instantaneous and daily accumulated variance of PAR. Validation with observed PAR from the boreal ecosystem–atmosphere study (BOREAS) indicates that the model captures the mean and variance of PAR under forest canopy reasonably well. MVP holds the potential to improve simulation of light interception by forest canopies as well as the treatment of canopy rainfall interception in ecological models.

Les caractéristiques spatiales du rayonnement photosynthétiquement actif (RPA) sous couvert forestier, incluant aussi bien sa moyenne que sa variation spatiale, sont des facteurs cruciaux pour de nombreux processus écophysiologiques du sous-bois. Actuellement, la loi de Beer est le principal algorithme utilisé dans les modèles écologiques qui simulent la transmission du RPA au travers du couvert végétal parce que d'autres modèles plus précis sont trop compliqués pour être utilisés de façon opérationnelle. Cette étude a permis de développer un modèle simple et efficace en termes de calcul et applicable à l'échelle du peuplement pour simuler la moyenne et la variation du RPA sous couvert forestier. Le modèle assume qu'un couvert forestier se compose de houppiers individuels distribués à l'intérieur de limites inférieure et supérieure avec deux types d'espaces vides~: à l'intérieur et entre les houppiers. Les espaces vides sont simulés à l'aide de l'optique géométrique entre les houppiers et avec la loi de Beer à l'intérieur des houppiers. Le modèle tient compte de la covariance spatiale du RPA en fonction du temps, rendant possible la simulation des variations du RPA, instantanée et cumulée quotidiennement. Une validation à l'aide de valeurs observées de RPA dans le cadre du projet BOREAS (boreal ecosystem–atmosphere study) indique que le modèle reproduit relativement bien la moyenne et la variation du RPA sous couvert forestier. Ce modèle pourrait améliorer la simulation de l'interception de la lumière par les couverts forestiers ainsi que la façon de traiter l'interception de la pluie dans les modèles écologiques. [Traduit par la rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-06-01

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