Original paper
Is forest albedo measured correctly?
[Wird die Waldalbedo richtig gemessen?]
Gravenhorst, G.; Knyazikhin, Yu.; Kranigk, J.; Miessen, G.; Panfyorov, O.; Schnitzler, K.-G.
Meteorologische Zeitschrift Vol. 8 No. 4 (1999), p. 107 - 114
37 references
published: Sep 9, 1999
Open Access (paper may be downloaded free of charge)
Abstract
The forest albedo is an important meteorological and ecological variable characterising a forest ecosystem. In order to measure this variable two 2n-sensors are mounted above the forest canopy. The first sensor records an upward radiant energy flux from the forest canopy into the atmosphere, and the second one a downward radiant energy flux from the atmosphere into the forest canopy. The ratio of their responses is usually interpreted as the forest albedo. This measurement method is included in standard observation programs at many research stations. In the present paper we quantify an inadequacy of this method to evaluate an albedo of a forest stand for photosynthetically active region (PAR, 400-700 nm) of the solar spectrum. We reproduced the three-dimensional PAR radiative field above a coniferous forest stand at the scientific research station "Solling" near Göttingen with high level of realism. A good agreement between simulated sensor response to the simulated radiative field and a real sensor response to the real radiative field was achieved. However, the calculated value of forest albedo was found to be systematically higher than its value derived from sensors on a clear sunny day by about a factor of 3 during morning and evening hours and by about afactor of 1.9 during day time. This deviation is mainly caused by forest heterogeneity. A daily mean of the measured solar radiant energy fluxes the ratio of which is usually assumed to represent the albedo does not average the effect of the forest heterogeneity.
Kurzfassung
Die Waldalbedo ist eine wichtige meteorologische und ökologische Variable, die charakteristisch für ein Waldökosystem ist. Um diese Variable zu messen, werden normalerweise zwei 2n-Sensoren über einem Wald installiert. Der erste registriert einen Energiefluß der Sonnenstrahlung vom Wald in die Atmosphäre und der zweite einen Fluß von der Atmosphäre in den Wald. Das Verhältnis der gemessenen solaren Strahlungsströme wird gewöhnlich als die Waldalbedo interpretiert. Diese Meßmethode wird an vielen Forschungsstationen in standardisierte Beobachtungsprogramme integriert. Wir demonstrieren hier, daß diese Methode nicht geeignet ist, die Waldalbedo im photosynthetisch aktiven Teil des solaren Spektrums (PAR, 400-700 nm) zu bestimmen. Wir modellierten das dreidimensionale Strahlungsfeld über einem Fichtenbestand an der Versuchsstation "Solling" in der Nähe von Göttingen sehr realistisch, so daß eine gute Übereinstimmung zwischen simulierter Sensorantwort auf das simulierte Strahlungsfeld und der gemessenen Sensorantwort auf das reale Strahlungsfeld erreicht wurde. Die von den Simulationsergebnissen abgeleitete Waldalbedo wurde jedoch vom Sensor an einem klaren Sonnentag um den Faktor 3 während den Morgen- und Abendstunden und um den Faktor 1,9 während den anderen Stunden unterschätzt. Diese Abweichung wird hauptsächlich von der Heterogenität der Waldstruktur verursacht. Das Tagesmittel der gemessenen solaren Strahlungsflüsse, deren Verhältnis gewöhnlich als Waldalbedo angenommen wird, mittelt jedoch nicht den Einfluß der Heterogenität des Waldes.
Keywords
forest ecosystem • solar radiant energy fluxes • Waldökosystem • Göttingen • Germany