Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Radiative transfer, interception and scattering in coniferous forests

models and applications for production ecology and remote sensing

Sampo Smolander

Doctoral dissertation, June 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Mathematics and Statistics.

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.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 19.05.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki