Modelling canopy conductance and stand transpiration of an oak forest from sap flow measurements

Abstract - In this study, transpiration was estimated from half-hourly sap flow measurements in a 35-year-old sessile oak stand (Quercus petraea) from 1990 until 1993 under various soil water conditions. The canopy conductance, calculated from the Penman-Monteith equation, was first analysed in relation to climatic variables: global radiation (R_g) and vapour pressure deficit (VPD). The maximum canopy conductance (g_cmax) was modelled with a nonlinear multiple regression over a period of nonlimiting soil water content, and of maximal leaf area index (LAI) with a r² ˜ 0.80. Limitations of gc due to soil water deficit (relative extractable water [REW]) and canopy development (LAI) were then taken into account in the model by using multiplicative limiting functions of REW and LAI. A general canopy conductance model was then proposed. Finally, this relationship was re-introduced in the Penman-Monteith equation to predict dry canopy transpiration. Simulated transpiration was in good agreement with sap flow measurements during the year following the calibration (r²= 0.92 in the control plot, 0.86 in the dry plot). The omega decoupling coefficient was close to 0.1 on a seasonal basis, indicating that transpiration was highly dependent on VPD.

Résumé - Modélisation de la conductance du couvert et de la transpiration du peuplement d'une forêt de chênes à partir de mesures de flux de sève. Dans ce travail, la transpiration a été estimée à partir de mesures semi-horaires de flux de sève dans un peuplement de chênes sessiles (Quercus petraea) âgé de 35 ans, entre 1990 et 1993. Différentes conditions hydriques ont été étudiées. La conductance du couvert (gc), calculée à partir de l'équation de Penman-Monteith, a été dans une première étape reliée aux facteurs climatiques rayonnement global (R_g) et déficit de saturation de l'air (vpd). La conductance de couvert maximale (g_cmax) a été modélisée au moyen d'une régression non linéaire multiple sur une période où l'eau du sol n'était pas limitante, et où l'indice foliaire (LAI) était maximal, donnant un r² de l'ordre de 0,80. Les limitations de gc dues au déficit hydrique du sol (exprimé par le contenu en eau relatif du sol REW) et au développement foliaire (LAI) ont été introduites dans le modèle au moyen de fonctions multiplicatives du REW et du LAI. Un modèle général de conductance du couvert a alors été proposé. Enfin, cette relation a été réintroduite dans l'équation de Penman-Monteith, pour simuler les variations horaires de la transpiration. Les valeurs simulées ont montré un bon accord avec les valeurs mesurées de flux de sève l'année suivant celle du calibrage (r²= 0,92 pour le traitement témoin, 0,86 pour le sec). Le facteur de découplage oméga a été proche de 0,1, attestant une forte dépendance entre la transpiration et le vpd.