Sensitivity of simulated light interception and tree transpiration to the level of detail of 3D tree reconstructions

Autor: Pierre P. Kastendeuch, Elena Bournez, Tania Landes, Jérôme Ngao, M. Saudreau, Georges Najjar
Přispěvatelé: Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l’Arbre en environnement Fluctuant (PIAF), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020]), ANR-17-CE22-0012,COOLTREES,Le rafraichissement des villes par les arbres – Quantification et modélisation pour le développement de villes durables.(2017), ICube, CNRS, University of Strasbourg, France, Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l’Arbre en environnement Fluctuant - Clermont Auvergne (PIAF), Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), French National Research Agency (ANR) / ANR-17-CE22-0012-01, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Urban Forestry & Urban Greening
Urban Forestry & Urban Greening, 2019, 38, pp.1-10. ⟨10.1016/j.ufug.2018.10.016⟩
ISSN: 1618-8667
Popis: The aim of this paper is to investigate the minimal level of detail of the tree geometry reconstruction required to enable an accurate estimate of the evaporative cooling effect of an individual tree. The Functional Structural Plant Modeling approach, which links the 3D tree structure to its functioning, is used to investigate the impact of the level of detail of a tree reconstruction on its simulated transpiration. Based on terrestrial laser scanning point cloud data of a nine-meter-high silver linden tree (Tilia tomentosa Moench), several methods of reconstruction of its crown were considered. They can be divided into three groups: (i) tree branching structure reconstructions where leafy shoots are reconstructed; (ii) envelope reconstructions such as 3D convex/concave envelopes; and (iii) voxel reconstructions where leaves are uniformly distributed within the given volume. Based on these methods, several mock-ups of resolved tree crowns from low to high level of details were created. The cooling performance of each tree mock-up was compared by simulating its transpiration rate with a validated 3D ecophysiological model based on the turbid medium approach. The resulting mock-ups differ in several characteristics related to tree metrics and light interception: volume, projected leaf area, leaf area index, leaf area density, leaf clumping and silhouette-to-total area ratio. An inter-comparison of the transpiration rates provided by these mock-ups shows that tree branching structure reconstruction methods perform better than envelope computation methods and that these differences are related to the light interception property of the reconstructed trees. This study provides guidelines to determine which structural characteristics of tree crowns must be measured and taken into account in order to carry out accurate estimates of the transpiration rates of individual trees. Financement INTERREG
Databáze: OpenAIRE
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