Potential solar radiation on plant shapes

The thesis is presented that most plant-shapes, especially trees, resemble a combination of geometrical shapes which present their non-opaque bodies to incoming radiation, which is partially absorbed by the foliage. Such a hypothesis makes possible the quantification of the budget of energy of the entire plant. This first report presents only the findings in regard to the receipt of direct and diffuse solar radiation from the sky (clear conditions), before reflection and absorption, on a variety of geometries which simulate common plant-shapes. An all-year simulation of potential insolation for such shapes was conducted for latitudes 0° to 90°. Each shape, latitude and each season exhibited its own characteristic patterns of the various energy cycles. Derived data differed materially from data applicable to horizontal surfaces. The simulated plant-shapes tended to avoid receipt of energy in the low latitudes, whereas the opposite occurred toward higher latitudes.

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Zusammenfassung Die meisten Pflanzenumrisse, speziell Bäume, ähneln einer Kombination geometrischer Formen. Die Bäume sind nicht-undurchsichtige Körper für einkommende Strahlung, die durch die Blätter teilweise absorbiert wird. Nach der Hypothese ist es möglich, den Energiehaushalt für die gesamte Pflanze zu quantifizieren. Dieser erste Bericht befasst sich nur mit den Ergebnissen der direkten und diffusen Sonnenstrahlung vom Himmel bei klaren Bedingungen vor Reflexion und Absorption bei einer Anzahl simulierter geometrischer Formen, die auf allgemeinen Pflanzenumrissen basieren. Eine ganzjährige Simulation der potentiellen Besonnung dieser Formen wurde für alle Breiten von 0° bis 90° berechnet. Jede Form, Breite und Jahreszeit zeigt ihre eigenen charakteristischen Verläufe der verschiedenen Energiezyklen. Die abgeleiteten Werte unterscheiden sich von den Werten, die auf horizontale Oberflächen anwendbar sind. Die simulierten Pflanzenkörper neigten zur Vermeidung von Energieaufnahme in niedrigen Breiten, während bei höheren Breiten das Umgekehrte auftrat.

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Resume Les formes extérieures des plantes et plus spécialement celles des arbres peuvent se ramener à des combinaisons de formes géométriques. Les arbres ne constituent pas des corps opaques pour le rayonnement, mais celuici n'est que partiellement absorbé par la couronne. Selon l'hypothèse présentée ici, il est possible de déterminer quantitativement le bilan énergétique de la plante entière. Ce premier mémoire se restreint à l'étude de l'absorption du rayonnement direct et diffus, c'est-à-dire du soleil et d'un ciel serein. Ces résultats sont calculés avant toute réflexion ou absorption par d'autres corps et se rapportent à un certain nombre de formes géométriques simulant des profils typiques d'arbres. On a ainsi calculé le gain énergétique de ces formes pour toute l'année et pour toutes les latitudes de 0° à 90°. Chaque profil, chaque latitude et chaque saison présente des caractéristiques propres quant à l'évolution des différents cycles d'énergie. Les valeurs ainsi obtenues se distinguent nettement de valeurs correspondantes se rapportant à des surfaces horizontales. Les profils de plantes examinés tendent à absorber aussi peu d'énergie que possible dans les basses latitudes, alors que c'est le contraire qui se produit au voisinage des pôles.