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Reexamination of patterns of sunlight absorption in a tree crown using the Diode Tree, with an establishment of the basis for application

Research Project

Project/Area Number 16K14933
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Forest science
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

Sumida Akihiro  北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (50293551)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords樹冠 / 葉群 / 光吸収 / ダイオードツリー / Lambert-Beerの法則 / 反射光 / 人工樹冠 / 散乱光 / Lambert-Beerの法則 / 林冠 / 光環境 / 森林 / 太陽光発電 / 林学
Outline of Final Research Achievements

It is predicted that the total amount of light energy absorbed by the foliage of a plant community decreases with decreasing degree of vertical spread of the foliage due to the effects called umbra and penumbra. An artificial tree crown, the DiodeTree, which was composed of many tiny photo diodes (solar panels) that resembled foliage, was made to evaluate the effects of vertical spread of foliage on light absorption via electric outputs generated by the diodes. Unexpectedly, the result was quite opposite to the prediction. However, when an effect ascribable to the structure of the DiodeTree was corrected, light absorption patterns were the same irrespective of the degree of vertical spread of the foliage, which agreed with the theory of the light absorption under no effects of umbra and penumbra. In conclusion, it is suggested that the upward emission of light reflected from foliage plays very important role in light absorption patters in the foliage.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、森林の葉群による光エネルギー吸収に関する従前の理論の成立理由に対する再評価を行った。人工樹冠を用いた実験の結果、従前の光エネルギー吸収パターンの理論では重要視されていなかった葉からの光の上向きの反射が、理論の成立に大きく貢献していることが示唆された。太陽光パネルによる発電においても、パネルから反射した光を再利用するシステムが太陽エネルギーの総吸収量を増加させる可能性も示唆された。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] ダイオードツリー製作における問題と対応2017

    • Author(s)
      隅田明洋・森章一・千貝健・小野数也・加藤由佳子・佐藤陽亮・齋藤史明
    • Journal Title

      北海道大学低温科学研究所 技術部技術報告

      Volume: 23 Pages: 4-5

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Journal Article] Patterns of branch growth and death in crowns of Sakhalin spruce, Picea glehnii (F. Schmidt) Mast.2017

    • Author(s)
      Chen, L., Sumida, A.
    • Journal Title

      Forests

      Volume: 8(1), 26 Issue: 1 Pages: 26-26

    • DOI

      10.3390/f8010026

    • NAID

      120006305556

    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 小型ソーラーパネルを配した人工樹冠(ダイオードツリー)による樹冠の光吸収過程再評価の試み2018

    • Author(s)
      隅田明洋,森章一,千貝健,平田康史,佐藤陽亮,齋藤史明,加藤由佳子,小野数也,若土もえ
    • Organizer
      日本植物学会第82回大会 広島国際会議場(広島市)
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] ダイオードツリーの光吸収様式2018

    • Author(s)
      隅田明洋,森章一,千貝健,平田康史,佐藤陽亮,齋藤史明,加藤由佳子,小野数也,若土もえ
    • Organizer
      第24回低温科学研究所技術部技術報告会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 針葉樹林の葉量は過去数年の気象の影響を受ける2017

    • Author(s)
      隅田明洋・宮浦富保・渡辺力
    • Organizer
      平成29年度 北海道植物学会大会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] ダイオードツリー製作における問題と対応2017

    • Author(s)
      隅田明洋・森章一・千貝健・小野数也・加藤由佳子・佐藤陽亮・齋藤史明
    • Organizer
      第23回低温科学研究所技術報告会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 樹木葉群の光吸収様式を推定するダイオードツリー作製の概要2017

    • Author(s)
      隅田明洋,森章一,千貝健,佐藤陽亮,齋藤史明,中坪俊一
    • Organizer
      第22回低温科学研究所技術報告会
    • Place of Presentation
      北海道大学低温科学研究所(北海道・札幌市)
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2022-12-28  

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