Estimation of daytime net ecosystem CO₂ exchange over balsam fir forests in eastern Canada: combining averaged tower-based flux measurements with remotely sensed MODIS data

Abstract

The focus of this paper is to develop a practical approach for estimating daytime net CO₂ fluxes (i.e., daytime net ecosystem exchange or NEE) generated over balsam fir (Abies Balsamea (L.) Mill.) dominated forest ecosystems in the Atlantic Maritime ecozone of eastern Canada. The approach establishes empirical relationships between daytime NEE and absorbed photosynthetically active radiation (APAR) for the May–September period in 2004 and 2005 using flux measurements obtained at one of four flux towers in west-central New Brunswick, Canada. Our analysis reveals that the seasonally averaged daytime NEE and APAR values are strongly correlated. A linear regression fitted to the data explains more than 97% of the variation in the averaged daytime fluxes. Application of this linear relationship to data collected from a second New Brunswick flux site with higher measured NEE produces an equally high r² value (~99%) when a linear fit is applied to the observed versus predicted values. Spatial calculations of APAR are obtained by multiplying the moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) derived fraction of photosynthetically active radiation and digital elevation model corrected calculations of photosynthetically active radiation. This information and the relationship between daytime NEE and APAR provide the basis for the calculation of NEE across a balsam fir dominated region in northern New Brunswick, where it constitutes more than 50% of the forest cover.

L'objectif de cet article est de développer une approche pratique pour l'estimation des flux nets diurnes de carbone (c.-à-d. échanges nets diurnes dans les écosystèmes; ENE) générés au-dessus des écosystèmes forestiers dominés pas les sapins baumiers (Abies Balsamea (L.) Mill.) dans l'écozone Maritime Atlantique de l'est du Canada. L'approche établit des relations empiriques entre les valeurs diurnes de ENE et le rayonnement photosythétiquement actif absorbé (RPAA) pour la période de mai à septembre 2004 et 2005, à l'aide de mesures de flux obtenues à l'une des quatre tours de flux situées dans le centre-ouest du Nouveau-Brunswick, au Canada. Notre analyse révèle que les valeurs diurnes moyennes saisonnières de ENE et de RPAA sont fortement corrélées. Une régression linéaire ajustée aux données explique plus de 97 % de la variation dans les flux diurnes moyennés. L'application de cette relation linéaire aux données acquises à partir d'un second site de mesures de flux au Nouveau-Brunswick montrant une valeur plus élevée de ENE produit une valeur également élevée de r² (~99 %) lorsqu'un ajustement linéaire est appliqué aux données observées par rapport aux données prédites. Des estimations spatiales de RPAA sont obtenues en multipliant la fraction de rayonnement photosynthétiquement actif dérivée des données MODIS (« moderate resolution imaging spectroradiometer ») et les estimations corrigées à l'aide d'un modèle numérique d'altitude de rayonnement photosynthétiquement actif. Cette information utilisée conjointement avec la relation entre les valeurs diurnes de ENE et de RPAA sert de base au calcul de ENE dans une région dominée par des forêts de sapins baumiers dans le nord du Nouveau-Brunswick, où les sapins baumiers constituent plus de 50 % du couvert forestier.[Traduit par la Rédaction]