Modeling radiative transfer in tropical rainforest canopies: sensitivity of simulated albedo to canopy architectural and optical parameters

ABSTRACT

This study evaluates the sensitivity of the surface albedo simulated by the Integrated Biosphere Simulator (IBIS) to a set of Amazonian tropical rainforest canopy architectural and optical parameters. The parameters tested in this study are the orientation and reflectance of the leaves of upper and lower canopies in the visible (VIS) and near-infrared (NIR) spectral bands. The results are evaluated against albedo measurements taken above the K34 site at the INPA (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia) Cuieiras Biological Reserve. The sensitivity analysis indicates a strong response to the upper canopy leaves orientation (x up) and to the reflectivity in the near-infrared spectral band (rNIR,up), a smaller sensitivity to the reflectivity in the visible spectral band (rVIS,up) and no sensitivity at all to the lower canopy parameters, which is consistent with the canopy structure. The combination of parameters that minimized the Root Mean Square Error and mean relative error are Xup = 0.86, rVIS,up = 0.062 and rNIR,up = 0.275. The parameterizations performed resulted in successful simulations of tropical rainforest albedo by IBIS, indicating its potential to simulate the canopy radiative transfer for narrow spectral bands and permitting close comparison with remote sensing products.

RESUMO

Este estudo avalia a sensibilidade do albedo da superfície pelo Simulador Integrado da Biosfera (IBIS) a um conjunto de parâmetros que representam algumas propriedades arquitetônicas e óticas do dossel da floresta tropical Amazônica. Os parâmetros testados neste estudo são a orientação e refletância das folhas do dossel superior e inferior nas bandas espectrais do visível (VIS) e infravermelho próximo (NIR). Os resultados são avaliados contra observações feitas no sítio K34 pertencente ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) na Reserva Biológica de Cuieiras. A análise de sensibilidade indica uma forte resposta aos parâmetros de orientação das folhas do dossel superior (x up ) e à refletância na banda do infravermelho próximo (pNIR,up), uma menor sensibilidade à refletância na banda espectral do visível (pVISup) e nenhuma sensibilidade aos parâmetros da parte inferior do dossel, o que é consistente com a estrutura do dossel. A combinação de parâmetros que minimizaram a raiz do erro quadrado médio e o erro relativo médio são Xup= 0, 86, pVISup = 0, 062 e pNIR,up = 0, 275. As parametrizações realizadas resultaram em simulações bem sucedidas do albedo de floresta tropical pelo IBIS, indicando seu potencial para simular a transferência radiativa do dossel para bandas espectrais estreitas, permitindo a comparação com produtos de sensoriamento remoto.