Metla Hanke 3227

Ilmastonmuutoksen aiheuttaman kasvillisuusmuutoksen spatiaalinen mallitus

[  English  |  Tavoitteet  |  Tulokset  |  Hankkeen vetäjä  |  Tutkijat  |  Julkaisut  |  Metla Tutkimus  ]

Kesto: 1998-2003   Asiasanat: GIS, Ilmastonmuutos, kasvillisuusmuutos, paikkatietomallitus

Tavoitteet

Hanke koostuu kolmesta erillisestä osaprojektista, joissa tutkitaan ilmastonmuutoksen ja ihmisen aiheuttamien muutosten vaikutuksia boreaalisissa metsissä ja arktisilla alueilla. Metlan Rovaniemen tutkimusasemalla tehtävät työt ovat osa laajempia tutkimusprojekteja, joita koordinoi Lapin yliopiston Arktinen Keskus.

Hanke 8227 on osa EU-rahoitteista TUNDRA-projektia (TUNdra Degradation in the Russian Arctic, 1998-2001), jossa tutkitaan globaalimuutoksen vaikutuksia Komin alueella Luoteis-Venäjällä. Tutkimusalue käsittää Usa-joen valuma-alueen (n. 9,3 milj. ha). Valuma-alue sijoittuu taigametsien ja arktisen ja alpiinisen metsänrajan sekä ikiroudan vaihettumisvyöhykkeeseen. Metlan Rovaniemen tutkimusaseman osahankkeen tavoitteena on tuottaa paikkatietopohjainen (GIS) tietokanta alueen vallitsevista kasvillisuus- ja maankäyttöluokista sekä niihin liittyvistä fytomassoista ja hiilen määrästä. Kasvillisuustietokantaa käytetään yhdessä ilmastotietojen kanssa mallitettaessa nykyisen kasvillisuuden esiintymistä ja spatiaalista sijoittumista alueelle. Nykyisen kasvillisuuden esiintymisen perusteella kehitettyjä malleja käytetään edelleen yhdessä ilmastonmuutosta kuvaavien skenaariomallien kanssa ennustamaan kasvillisuuden ja niihin liittyvän fytomassan sekä kasvillisuuteen sitoutuneen hiilen muutoksia ilmastonmuutoksen seurauksena. Tarkempi kuvaus hankkeesta löytyy englanniksi Metlan hanke 8227.

Hanke on 830701 on EU-rahoitteisen SPICE-projektin osahanke. SPICE-hankkeen (Sustainable development of the Pechora region In a Changing Environment, 2000-2003) tavoitteena on kehittää vaihtoehtoisia skenaarioita Pechora-joen alueelle Luoteis-Venäjällä. Metlan Rovaniemen tutkimusaseman osahankkeen tavoitteena on 1) tuottaa valituille tutkimusalueille habitaatti- ja maankäyttöluokitus käyttäen satelliittikuvia (Landsat TM5), maastossa kerättyjä tukiaineistoja sekä digitaalisia kartta-aineistoja ja 2) tuottaa tietoa tutkimusalueiden maisemarakenteesta sekä 3) yhdessä muiden SPICE-projektin osahankkeiden kanssa tutkia erilaisten monimuotoisuutta kuvaavien aineistojen avulla ihmistoiminnan vaikutusta alueen monimuotoisuuteen. Tarkempi kuvaus hankkeesta löytyy englanniksi, Metlan hanke 830701.

Suomen Akatemian rahoittamassa ARCTICA-hankkeessa (Arctic feedbacks to global warming: a circumpolar assessment, 1999-2002) tutkitaan arktisen alueen maaekosysteemien ja ilmastonmuutoksen välistä vuorovaikutusta. Metlan Rovaniemen tutkimusaseman osahankkeen tavoitteena on tuottaa paikkatietopohjainen kasvillisuustietokanta valittujen tutkimusalueiden vallitsevista kasvillisuustyypeistä ja niiden sisältämästä fytomassasta hiilen määrästä. Hankkeessa mallitetaan myös kasvillisuuden jakautumista alueen topografian, maantieteellisen sijainnin ja ilmastomuuttujien perusteella sekä tutkitaan edelleen kasvillisuuden jakautumisen muutoksia ilmastonmuutosskenaarioiden valossa. Lisää tietoa ARCTICA-hankkeesta.

Tulokset

Hankkeessa valmistettiin satelliittikuviin perustuva maankäyttöä ja habitaatteja kuvaava aineisto Usa-joen valuma-alueelle (93500 km2), joka sijaitsee pääosin Komin ja osaksi Nenetsian alueella. Alueen kasvillisuusvyöhykkeet kattavat boreaaliset havumetsät etelässä (taiga), tundra-taiga vaihettumisvyöhykkeen alueen keskiosissa ja tundran alueen pohjoisosassa. Satellittikuva aineisto koostuu useista eri satelliittikuvista, jotka sovitettiin spektrisesti yhteen ennen luokitusta. Aineiston spatiaalinen erotuskyky on 30 m. Luokituksessa käytettiin sekä ohjattua luokitusta että visuaalisiin, eri aineistojen tarkasteluihin perustuvaa manuaalista luokitusta. Satelliittikuvien luokitukseen oli käytettävissä vain rajoitettu määrä maastossa kerättyä referenssiaineistoa (kerätty vuosina 1998, 1999 ja 2000), joten luokituksessa tukeuduttiin myös alueelta saatavissa oleviin digitaalisiin kartta-aineistoihin sekä helikopterilentojen aikana otettuihin valokuviin. Luokituksen tarkkuutta testattiin helikopterista otettujen valokuvien avulla, joilta paikannettiin 1328 eri habitattityypejä edustavaa kohdetta. Satelliittikuvat luokiteltiin 21 erilaiseen maankäyttöä tai habitaatteja kuvaavaan luokkaan. Aineiston tarkkuustarkasteluiden mukaan pääkasvillisuutyypit (metsät, pajuvaltaiset metsät ja niityt, suot, tundranummet, paljas maanpinta ja vesistöt voidaan erottaa satelliittikuvilta suhteellisen tarkasti (n. 84% testipisteistä osui oikeaan luokkaan). Pienialaisen suokasvillisuuden ja vesistöjen vaihtelun tuottamat heijastukset sekoittuivat helposti joidenkin muiden habitaattiluokkien tuottamaan heijasteeseen. Tutkimuksen päätuloksena voidaan pitää sitä, että alueen koko huomioon ottaen ja pienestä maastoaineistosta huolimatta, käytetyllä menetelmällä voidaan tuottaa erilaisiin maisema-analyyseihin ja prosessimalleihin käyttökelpoisia aineistoja sellaisillekin alueille, joihin pääsy on hankalaa. Luokituksen tuloksena saadun aineiston käyttökelpoisuutta erilaisiin käyttötarkoituksiin verrattiin myös ns. globaaleihin maanpintaa kuvaaviin aineistoihin (yleisimmin 1 km resoluutiolla). Vertailuista saatu johtopäätös on, että ns. globaalien aineistojen koostaminen ilman alueelta peräisin olevaa maasto- tai muuta vertailuaineistoa voi tuottaa harhaisia tuloksia. Siksi yleisten aineistojen tarkkuus kullakin alueella tulisi arvioida ennen tällaisten aineistojen käyttöä tutkimuksiin.

Metsänrajan sijainti Usa-joen valuma-alueella (n. 7,9 milj. ha) mallitettiin käyttäen satellittikuvatulkintaan perustuvaa maankäyttö- ja puustoaineistoa, sekä eri lähteistä koottuja lämpötila-, maaperä-, korkeusaineistoja sekä korkeusmallin perustella laskettua maaperän kosteusindeksiä. Mallit tehtiin otostaen alue 1, 3, 6, 9, 12 ja 25 km ruutukoilla ja käyttäen logistista regressiota. Ruudut jaettiin vastemuuttujan suhteen kahteen ryhmään sen mukaan, esiintyikö niissä yli 10 % metsää (metsä) vai alle 10 % (tundra, muu). Metsänraja Usa-joen valuma-alueella sijaitsee kohdalla, jossa heinäkuun keskilämpötila on n. 13.9 ºC. Saatu keskilämpötila-arvo on korkeampi kuin muissa vastaavissa tutkimuksissa saadut +10-12 ºC, mikä selittynee sillä, että metsänrajan muodostava kuusi ei ole sopeutunut kasvamaan ikiroudan päällä. Metsän esiintymistä kuvaavien mallien selitysaste nousi ruutukoon kasvaessa 1 km:n n. 43%:sta 25 km:n n. 73%:iin. Mallituksessa käytetyistä muuttujista heinäkuun keskilämpötila oli voimakkain metsänrajan sijaintia sellittävä muuttuja kaikissa mittakaavoissa. Sen selitysosuus mallin selitysasteesta kasvoi aina 9 km ruutukokoon saakka, mutta laski tämän jälkeen hieman. Maaperän läpötila oli toiseksi voimakkain selittäjä, mutta sen selitysouus laski tasaisesti pienimmistä käytetyistä ruutukoista aina 9 km saakka. Tämän jälkeen maaperän lämpötilan selitysosuus alkoi jälleen nousta. Minimiläpötila oli kolmanneksi voimakkain selittäjä, ja sen merkitys malleissa kasvoi tasaisesti pienimpien ruutukokojen malleista jokseenkin tasaisesti aina suurimpaan ruutukokoon. Minimilämpötila liittyy mallissa lähinnä lounais-koillis -suunnassa olevaan lämpötilagradienttiin. Maaperän kosteusindeksi selitti merkitsevästi metsien esiintymistä ainoastaan 1 ja 3 km ruutukokoihin perustuvissa malleissa. Kosteuden voidaan siten katsoa määrittävän metsämosaiikin rakennetta ainoastaan pienimmissä mittakaavoissa. Mallien perusteella alueelle laskettiin myös ennustetun ilmastonmuutoksen mahdollistama metsien esiintymisalue. Yhden asteen nousu heinäkuun keskilämpötiloissa mahdollistaisi metsien kasvun n. 70 km nykyistä pohjoisempana, ja Hadley Centerin skenaariomallin (HadCM2S750) mukainen 2.8 ºC lämpötilan nousu mahdollistaisi metsien kasvun jo koko Usa joen valuma-alueella korkeimpia vuoristoja lukuunottamatta. Jälkimmäinen skenaario tarkoittaisi siis metsänrajan ilmastollista potentiaalia jopa 150 km nykyistä pohjoisempana.

Hankkeen vetäjä: Nikula, Ari
Metsäntutkimuslaitos, Rovaniemen toimipaikka, PL 16, 96301 ROVANIEMI
Puhelin: 029 532 5568
Sähköpostiosoite: ari.nikula@metla.fi

Muut tutkijat: Mikkola, Kari, RO (1998-2003), Virtanen, Tarmo, RO (1998-2003)


Sivun alkuun

Tämä sivu on tuotettu Metlan tietokannasta 12.06.2012
Palaute