Measurement and modelling of radiation transmission within a stand of maritime pine (Pinus pinaster Ait)

Abstract - A semi-empirical model of radiation penetration in a maritime pine canopy was developed so that mean solar (and net) radiation absorption by crowns and understorey could be estimated from above-canopy measurements only. Beam radiation R_b was assumed to penetrate the canopy according to Beer's law with an extinction coefficient of 0.32; this figure was found using non-linear regression techniques. For diffuse sky radiation, Beer's law was integrated over the sky vault assuming a SOC (standard overcast sky) luminance model; the upward and downward scattered radiative fluxes were obtained using the Kubelka-Munk equations and measurements of needle transmittance and reflectance. The penetration of net radiation within the canopy was also modelled. The model predicts the measured albedo of the stand very well. The estimation of solar radiation transmitted by the canopy was also satisfactory with the maximum difference between this and the mean output of mobile sensors at ground level being only 18 W m^-2. Due to the poor precision of net radiometers, the net radiation model could not be tested critically. However, as the modelled longwave radiation balance under the canopy is always between -10 and -20 Wm^-2, the below-canopy net radiation must be very close to the solar radiation balance.

Résumé - Mesure et modélisation de la transmission du rayonnement à l'intérieur d'une parcelle de pins maritimes (Pinus pinaster Ait). Un modèle semi-empirique de pénétration du rayonnement dans un couvert de pins maritimes a été établi, dans le but d'estimer l'absorption moyenne du rayonnement solaire et du rayonnement net par les houppiers et le sous-bois à partir des seules mesures faites au-dessus du couvert. Le rayonnement direct est supposé le pénétrer selon la loi de Beer, avec un coefficient d'extinction de 0,32 ; cette valeur a été obtenue par des techniques de régression non-linéaires. Pour le rayonnement diffus du ciel, cette loi a été intégrée sur toute la voûte céleste ; en supposant un modèle SOC (standard overcast sky) de luminance : les rayonnements rediffusés vers le haut et vers le bas sont obtenus au moyen des équations de Kubelka-Munk, avec des valeurs mesurées de la transmittance et de la réflectance des aiguilles. La pénétration du rayonnement net est aussi modélisée. Le modèle prédit très bien l'albedo mesurée de la parcelle. L'estimation du rayonnement solaire transmis par la canopée est elle aussi satisfaisante, la différence avec la réponse moyenne de capteurs mobiles au niveau du sol n'excédant pas 18 Wm^-2. La faible précision des pyrradiomètres ne permet pas de valider le modèle de rayonnement net : cependant, comme le bilan de grande longueur d'onde fourni par le modèle sous la canopée est faible (-10 à -20 Wm^-2), le rayonnement net sous la canopée doit être très proche du bilan du rayonnement solaire.