Investigación de J. Chen

¿Qué es la Productividad Primaria Neta (PNP)?

La NPP es un parámetro utilizado para cuantificar la tasa neta de absorción de carbono de las plantas vivas. NPP es la diferencia entre la fotosíntesis de la planta y la respiración que libera parte del carbono absorbido, es decir,

NPP = Tasa de fotosíntesis – Tasa de Respiración de la planta

(expresada en unidades de gramo de carbono/metro cuadrado/año)

¿Por qué es importante la NPP?

1. La NPP es una medida del crecimiento de las plantas. Proporciona información cuantitativa altamente sintetizada para la gestión sostenible de los recursos.
2. La NPP es un componente importante del ciclo del carbono de la biosfera, que es un aspecto importante de los estudios del cambio climático mundial, es decir,

Flujo neto de carbono hacia/desde los Ecosistemas Terrestres (NEP) = NPP – Respiración del suelo (gramo de carbono/metro cuadrado/año)

¿Cómo se estima la NPP en las RCC?

Se ha desarrollado un modelo computarizado basado en procesos, el Simulador de Productividad del Ecosistema Boreal (BEPS) en la Figura 1, para imitar el crecimiento de las plantas y proporcionar estimaciones de la NPP. BEPS calcula, en pasos diarios: balance hídrico del suelo, conductancia estomática, índice de área foliar iluminada y sombreada, fotosíntesis bruta de hojas iluminadas y sombreadas, fotosíntesis bruta total del dosel, mantenimiento y respiración de crecimiento de hojas, tallos y raíces. Produce NPP, evapotranspiración y otros parámetros de interés.

Estos valores se pueden calcular para rodales individuales o áreas más grandes. En la aplicación actual, en la figura 2 se proporcionan los resultados de BEPS para cada 1 km2 (100 hectáreas) de Canadá, debido a la resolución de los datos satelitales. En el futuro, esperamos calcular estimaciones para todo Canadá con mejor resolución, entre 6 y 25 hectáreas.

Las entradas de teledetección para BEPS son el índice de área foliar (LAI) (intervalos de 10 días) y la cubierta terrestre (anual). Las entradas meteorológicas incluyen valores diarios de temperatura máxima y mínima del aire, radiación solar total, humedad media y precipitación total. Los datos del suelo utilizados son la capacidad de agua del suelo disponible (o la textura del suelo). Tanto los datos meteorológicos como los del suelo se cuadriculan con la misma resolución y proyección cartográfica que las entradas de teleobservación.

¿Cuáles son las ventajas de BEPS?

1. Hizo posible la producción del primer mapa de centrales nucleares de Canadá a una resolución de 1 km en la Figura 2.
2. Los datos satelitales se utilizan para proporcionar información sobre la cubierta terrestre y la variación estacional de la superficie foliar.
3. La fotosíntesis del dosel se calcula utilizando el modelo de Farquhar a nivel de hoja después de la escala espacial al dosel y la integración temporal a un día. El escalado espacial se realiza utilizando un método de separación de hojas sombreadas a la luz del sol. La integración diaria se logra considerando la variabilidad diurna de las condiciones meteorológicas. Una solución analítica para una integración diaria simplificada del modelo de Farquhar se deriva y se utiliza en BEPS. Los efectos no lineales de estas condiciones en la absorción de dióxido de carbono nos impidieron utilizar medios aritméticos diarios. El modelo de fotosíntesis simple de hojas grandes fue abandonado en la versión reciente de BEPS debido a su incapacidad para considerar los efectos no lineales de las condiciones meteorológicas en la fotosíntesis.
4. La evapotranspiración se calcula utilizando el modelo Penman-Monteith, pero el cálculo de la conductancia del dosel se modifica para considerar el efecto no lineal de la radiación sobre la conductancia estomática en los cálculos de pasos diarios.
5. Los efectos de la arquitectura distintiva del dosel sobre la absorción de radiación y la separación de hojas sombreadas a la luz del sol se consideran mediante el uso de un índice de aglomeración simple.

El índice se derivó de las mediciones del TRAC.

¿Por qué utilizar datos satelitales?

1. Cobertura rápida de grandes áreas
2. Detección de variaciones interestacionales e interanuales
3. Calidad de datos consistente
4. Sin daños a las plantas
5. Rentabilidad

¿Validamos los mapas de las centrales nucleares?

Sí. La validación se realizó primero utilizando datos de biomasa de parcelas de Quebec convertidos a NPP. Recientemente, se llevó a cabo una validación detallada utilizando datos del Estudio Boreal del Ecosistema Atmosférico (BOREAS) en las Figuras 3 y 4. Utilizando mediciones simultáneas de flujo de dióxido de carbono por encima y por debajo de las copas de los bosques, fue posible validar por primera vez los cálculos de la NPP en pasos horarios horarios y diarios. De esta manera, los componentes de BEPS también podrían validarse. Incluyen fotosíntesis macroscópica, respiración autotrófica, absorción de radiación, evapotranspiración, interceptación de lluvias y otros. La NPP se validará aún más a nivel de paisaje. Cihlar, J., J. M. Chen, Z. Li. 1997. «Seasonal AVHRR Multichannel Data Sets and Products for Scaling up Biospheric Processes» (en inglés). Journal of Geophysical Research 102: 29625-29640.

Liu J., J. M. Chen, J. Cihlar y W. M. Park. 1997. «A Process-Based Boreal Ecosystem Productivity Simulator Using Remote Sensing Inputs». Remote Sensing of Environment, 62,158-175.

Running, S. W., y J.C. Coughlan. 1988. «A General Model of Forest Ecosystem Processes for Regional Applications I. Hydrological Balance, Canopy Gas Exchange and Primary Production Processes». Ecological Modelling 42: 125-154.