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A comparison of parametrizations of canopy conductance of aspen and Douglas‐fir forests for class

2000; Taylor & Francis; Volume: 38; Issue: 1 Linguagem: Francês

10.1080/07055900.2000.9649641

1488-7576

Alex Wu, T. Andrew Black, Diana Verseghy, Peter D. Blanken, Michael D. Novak, W. Chen, P. C. Yang,

Forest ecology and management

Abstract Canopy conductance (gc) of an old boreal aspen forest and a west coast Douglas‐fir forest was calculated from the inversion of the Penman‐Monteith (PM) equation with above‐canopy water vapour flux measurements. Values of aspen gc agreed reasonably well with those obtained by scaling up from leafstomatal conductance measurements. Comparison of values of gc obtained from the CLASS (Canadian LAnd Surface Scheme) parametrization with values of Douglas‐fir gc in 1983 and 1984 calculated from the PM equation showed that the CLASS parametrization (based on the Jarvis‐Stewart (JS) model) worked well at high soil water potential (ψ), but underestimated gc at low ψ. In the case of the aspen forest during a wet growing season in 1994, the CLASS parametrization underestimated gc for high values of incident photosynthetic photon flux density. The effectiveness of three parametrizations of gc, developed using linear or non‐linear least squares analysis, was evaluated for the two forests. The first (based on the JS model), related gc to the product of several independent limiting functions, the second (based on the Ball‐Woo‐drow‐Berry (B WB) model related gc to the product of canopy net assimilation rate and canopy surface relative humidity divided by canopy surface CO2 concentration, and the third (based on a modified form of the BWB (MBWB) model) was the same as the second except that the relative humidity was replaced by the reciprocal of air vapour pressure deficit. For both forests, the JS parametrization gave the highest r2 and lowest root mean square (RMS) error. The RMS error of the MBWB parametrization was less than that of the BWB parametrization because the latter underestimated gc during the morning. With the incorporation of the new JS and MBWB parametrizations into CLASS, better estimates of the latent heat flux (QE) from the aspen and Douglas‐fir forests were obtained on half‐hourly and daily bases than with the original CLASS parametrization. The JS parametrization gave better estimates than the MBWB parametrization. Both models parametrized using 1994 data from the aspen forest were successfully applied to the same stand in 1996, which also had a relatively wet growing season. Both models parametrized using data from the Douglas‐fir forest were also applied to four other similar‐aged Douglas‐fir forests but with different values of the leaf area index. Under conditions of minimal water stress, better estimates of QE were obtained for three of the four forests using both parametrizations. In the case of the fourth forest, none of the parametrizations gave satisfactory estimates. This was likely because the initial conditions of soil water content and ψ used in CLASS for the gravelly soil was significantly overestimated as a result of not taking the stone content into account. For conditions of high water stress, which occurred in two of the forests, none of the parametrizations gave satisfactory estimates. However, when the ψ limiting function in the JS parametrization was replaced by that developed from measurements made in the other two forests, the JS parametrization gave reasonable estimates of QE. In the case of the MBWB parametrization, we were unable to adjust the ψ limiting function due to the lack of measurements of canopy net assimilation rate at these two sites. Résumé La conductance du couvert végétal (gc d'une vielle forêt boréale de tremble et d'une forêt de Douglas taxifolié, sur la côte Ouest, a été calculée à partir de l'inversion de l'équation de Penman/Monteith (PM) avec les mesures du flux de vapeur d'eau du couvert végétal supérieur. Les valeurs gc pour le tremble sont suffisamment bien en accord avec celles obtenues par la mise en échelle des mesures de conductance stomatique foliaire. La comparaison entre les valeurs gc obtenues à partir du paramétrage du schéma CLASS (≪Canadian LAnd Surface Scheme≫) et les valeurs gc de 1983 et 1984 pour le Douglas taxifolié, calculées avec l'équation PM, a montré que le paramétrage du schéma CLASS (basé sur le modèle Jarvis/Stewart (JS)) a bien fonctionné dans le cas d'un potentiel hydrique élevé du sol (ψ), mais a sous‐estimé gc pour une basse valeur de ψ. Dans le cas d'une forêt de tremble, au cours d'une saison pluvieuse de croissance en 1994, le paramétrage du schéma CLASS a sous‐estimé gc pour des valeurs élevées de la densité du flux des photons photosynthétiques incidents. L'efficacité des trois paramétrages de gc développés à l'aide de l'analyse des moindres carrés non linéaire et linéaire, a été évaluée pour les deux types de forêts. Le premier paramétrage (basé sur le modèle JS), a relié gc au produit de plusieurs fonctions limitatives indépendantes ; le second (basé sur le modèle Ball/Woodrow/Berry (BWB)) a relié gc au produit du taux net d'assimilation du couvert végétal par l'humidité relative de surface du couvert végétal divisé par la concentration du CO2 de surface du couvert végétal; et le troisième paramétrage (basé sur une forme modifiée du modèle BWB (MBWB), a été le même que le second, sauf que l'humidité relative a été remplacée par l'inverse du déficit de la pression de vapeur de l'air. Pour les deux types de forêts, le paramétrage JS a donné une valeur r2 la plus élevée et une erreur quadratique moyenne la plus faible. L'erreur quadratique moyenne du paramétrage MBWB a été plus faible que celui du modèle BWB, car ce dernier a sous‐estimé gc pendant la période matinale. Pour les forêts de tremble et de Douglas taxifolié, et en tenant compte de l'ajout des nouveaux paramétrages JS et MBWB au schéma CLASS, de meilleures estimations du flux de chaleur latente (QE) ont été obtenues de cette façon qu ‘avec le paramétrage original du schéma CLASS. Le paramétrage JS a donné de meilleures estimations que celui du modèle MBWB. Les paramétrages des deux modèles, utilisant des données de 1994 d'une forêt de tremble, ont été appliqués avec succès au même peuplement en 1996, année où il y a eu aussi une saison relativement pluvieuse de croissance. D'autre part, les paramétrages des deux modèles, utilisant des données d'une forêt de Douglas taxifolié, ont aussi été appliqués à quatre autres forêts de Douglas taxifolié, d'âge similaire, mais avec des valeurs différentes de l'indice de surface foliaire. Sous des conditions de stress hydrique minimal, de meilleures estimations de QE ont été obtenues par trois des quatre forêts utilisant les deux paramétrages. Dans le cas de la quatrième forêt, aucun des paramétrages n ‘a donné d'estimations satisfaisantes. Ceci est dû probablement aux conditions initiales de la teneur en eau du sol où ψ, utilisé dans le schéma CLASS pour un sol graveleux, a été surestimé de façon significative, par suite de ne pas avoir tenu compte du contenu en gravier. Pour des conditions de stress hydrique élevé, qui furent le cas pour deux forêts, aucun des paramétrages n ‘a donné d'estimations satisfaisantes. Toutefois, lorsque la fonction limitative ψ dans le paramétrage JS a été remplacée par celle développée à partir des mesures obtenues dans les deux autres forêts, le paramétrage JS a donné des estimations raisonnables de QE. Dans le cas du paramétrage MBWB, nous n ‘avons pas réussi à ajuster la fonction limitative ψ en raison de l'absence de mesures du taux net d'assimilation du couvert végétal à ces deux sites. Notes Corresponding author: aisheng.wu@unixg.ubc.ca