How does the ratio of photosynthetically active radiation (PAR) change depending on climate change?

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20433
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency (2021); University of Tsukuba (2019-2020)
• Principal Investigator: Akitsu Tomoko 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 第一宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90590597)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光合成有効放射 / 日射に対する割合 / 簡易推定モデル / 全球分布 / 季節変化

Outline of Final Research Achievements

A constant ratio of photosynthetically active radiation (PAR) to solar radiation (SR) (about 0.45 to 0.46) has been used in many ecological studies to convert SR into PAR by multiplication. The constant ratio is useful and convenient. However, there is no general agreement on whether the ratio is 0.45 or 0.46 and how distributed globally.
In this study, we created two simple empirical models to estimate the ratio. The models were created based on accurate data of SR and PAR observed using a direct and diffuse separation method at Tateno in Tsukuba, Japan. At three validation sites in Japan, the ratio could be estimated with an error within 3%, a considerable reduction from 15% in using a constant. The numerical model also produced the ratio within approximately 3% errors. Using the proposed model, we demonstrated a global distribution of the ratio and its changing range: The annual mean of the ratio had a range from 0.409 to 0.477.

Free Research Field

分光生態学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

PAR比は、日射からPARを推定するために、多くの生態学的研究で使用されてきた。しかし、その比が0.45なのか0.46なのか、またその全球分布や季節変化については、わかっていなかった。本研究では、これまで確立されていなかった「汎用的かつ簡易的なPAR比推定モデル」を作成した。これにより、PAR比を約3％以内の誤差で推定でき、一定の比を使用した場合と比較して、PAR推定誤差を大幅に削減することが可能になった。また、PAR比の変動幅 (約0.41から0.48) や、PAR比の全球分布、その季節変動が明らかになった。本モデルからは、環境変動による水蒸気圧上昇がおこるとPAR比の上昇が予測される。