Ricerca di J. Chen

Che cos’è la produttività primaria netta (NPP)?

NPP è un parametro utilizzato per quantificare il tasso netto di assorbimento del carbonio da parte delle piante viventi. NPP è la differenza tra la fotosintesi delle piante e la respirazione che rilascia parte del carbonio assorbito, cioè

NPP = Tasso di fotosintesi – Tasso di respirazione delle piante

(espresso in unità di grammo di carbonio / metro quadrato / anno)

Perché la NPP è importante?

1. NPP è una misura della crescita delle piante. Fornisce informazioni quantitative altamente sintetizzate per la gestione sostenibile delle risorse.
2. La NPP è una componente importante del ciclo del carbonio della biosfera, che è un aspetto importante degli studi sui cambiamenti climatici globali, cioè

Flusso netto di carbonio da/verso gli ecosistemi terrestri (NEP) = NPP – Respirazione del suolo (gram carbon/metro quadrato / anno)

Come viene stimata la NPP al CCRS?

Un modello computerizzato basato su processi, il Boreal Ecosystem Productivity Simulator (BEPS) in Figura 1, è stato sviluppato per imitare la crescita delle piante e fornire stime di NPP. BEPS calcola, in passi quotidiani: bilancio idrico del suolo, conduttanza stomatica, indice di superficie fogliare illuminata dal sole e ombreggiata, fotosintesi fogliare lorda illuminata dal sole e ombreggiata, fotosintesi totale della chioma lorda, mantenimento e crescita respirazione di foglie, steli e radici. Emette NPP, evapotraspirazione e altri parametri di interesse.

Questi valori possono essere calcolati per singoli stand o aree più grandi. Nell’attuale implementazione, i risultati BEPS sono forniti per ogni 1 km2 (100 ettari) del Canada in Figura 2 a causa della risoluzione dei dati satellitari. In futuro, prevediamo di calcolare le stime a livello di Canada con una risoluzione migliore, tra 6 e 25 ettari.

Gli input di telerilevamento per BEPS sono leaf area index (LAI) (intervalli di 10 giorni) e land cover (annuale). Gli input meteorologici includono valori giornalieri di temperatura massima e minima dell’aria, radiazione solare totale, umidità media e precipitazioni totali. I dati del suolo utilizzati sono la capacità di acqua del suolo disponibile (o la struttura del suolo). Entrambi i dati meteorologici e del suolo sono gridded nella stessa risoluzione e mappa proiezione come gli ingressi di telerilevamento.

Quali sono i vantaggi di BEPS?

1. Ha reso possibile la produzione della prima mappa NPP in assoluto sul Canada a 1 km di risoluzione in Figura 2.
2. I dati satellitari sono utilizzati per fornire informazioni sulla copertura del suolo e sulla variazione stagionale dell’area fogliare.
3. La fotosintesi del baldacchino viene calcolata utilizzando il modello di Farquhar a livello di foglia dopo il ridimensionamento spaziale al baldacchino e l’integrazione temporale in un giorno. Il ridimensionamento spaziale viene effettuato utilizzando un metodo di separazione delle foglie ombreggiato dal sole. L’integrazione giornaliera si ottiene considerando la variabilità diurna delle condizioni meteorologiche. Una soluzione analitica per un’integrazione giornaliera semplificata del modello di Farquhar è derivata e utilizzata in BEPS. Gli effetti non lineari di queste condizioni sull’assorbimento di anidride carbonica ci hanno impedito di utilizzare mezzi aritmetici giornalieri. Il semplice modello di fotosintesi a foglia grande è stato abbandonato nella recente versione di BEPS a causa della sua incapacità di considerare gli effetti non lineari delle condizioni meteorologiche sulla fotosintesi.
4. L’evapotraspirazione viene calcolata utilizzando il modello Penman-Monteith, ma il calcolo della conduttanza del baldacchino viene modificato per considerare l’effetto non lineare della radiazione sulla conduttanza stomatica nei calcoli giornalieri.
5. Gli effetti della distinta architettura a baldacchino sull’assorbimento delle radiazioni e sulla separazione delle foglie ombreggiate dal sole sono considerati attraverso l’uso di un semplice indice di aggregazione.

L’indice è stato derivato da misurazioni di TRAC.

Perché utilizzare i dati satellitari?

1. Copertura rapida di grandi aree
2. Rilevamento di variazioni inter-stagionali e inter-annuali
3. Qualità dei dati costante
4. Nessun danno agli impianti
5. Economicità

Convalidiamo le mappe NPP?

Sì. La convalida è stata effettuata per la prima volta utilizzando i dati della biomassa del Quebec convertiti in NPP. Recentemente, la validazione dettagliata è stata effettuata utilizzando i dati dello studio boreale ecosistema-atmosferico (BOREAS) nelle figure 3 e 4. Utilizzando misurazioni simultanee del flusso di anidride carbonica sopra e sotto i baldacchini forestali, è stato possibile convalidare per la prima volta i calcoli NPP a intervalli orari e giornalieri. In questo modo, i componenti di BEPS potrebbero anche essere convalidati. Includono la fotosintesi grossolana, la respirazione autotrofica, l’assorbimento delle radiazioni, l’evapotraspirazione, l’intercettazione delle precipitazioni e altri. Le centrali nucleari saranno ulteriormente convalidate a livello paesaggistico.

Cihlar, J., J. M. Chen, Z. Li. 1997. “Seasonal AVHRR Multichannel Data Sets and Products for Scaling up Biospheric Processes”. Journal of Geophysical Research 102: 29625-29640.

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