Metla Hanke 7114

Mallien kehittäminen ja alueelliset laskelmat

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

Kesto: 2002-2006   Asiasanat: CH4, CO2, N2O, kasvihuonekaasut, suoekosysteemi, turve
Tutkimushankeryhmä: Erillishankkeet 1 - Metsäekosysteemien rakenne ja toiminta

Tavoitteet

Hankkeen tavoitteena on yhdistää eri turvemaiden maankäyttömuodoista kerätyt kasvihuonekaasujen (CO2, CH4 aj N2O) mittaustiedot vuotuisiksi maaperän ja ilmakehän välisiksi dynaamisiksi (säästä riippuviksi) päästökertoimiksi. Mittaukset tehdään koordinoidusti samoja menettelytapoja noudattaen tutkimusohjelman "Turpeen ja turpeen käytön kasvihuonevaikutukset Suomessa" puitteissa. Tässä hankkeessa tarkastellaan myös erityisesti suopeltojen ekofysiologiaan perustuvan ekosysteemimallin DNDC:n soveltuvuutta päästökertoimien tuottamiseen mittausaineistoihin vertaamalla.

Päästökertoimien alueellista laskentaa varten kehitetään tunneittaisen sääaineiston tuottamista automaattisesti sääsimulaattorin avulla. Lähtöaineistona sääsimulaattorille on Ilmatieteen laitoksen eri mittauspisteille lasketut pitkän ajanjakson keskimääräiset sadanta- ja lämpötilatiedot. Hankkeessa testataan myös turvemaille laadittujen maan lämpötalouden ja kosteuden malleja.

Päästökertoimia tullaan käyttämään eri turvemaiden käyttöön littyvien kansallisten kasvihuonekaasupäästöjen inventoinnissa YK:n Ilmastosopimuksen (UNFCCC) ja Kioton Protokollan mukaisesti.

Tulokset

Päästökertoimien alueellista laskentaa varten kehitettiin säätilastoihin perustuva simulointikoneisto johon kuului sääsimulaattori ja tietokantarakenne alueellisen tutkimustiedon, taustamuuttujien kuten säätiedon, mallien ja niiden tarvitsemien parametritiedostojen hallintaa varten. Sääsimulaattori tuottaa tuntitason säätietoa haluttuun koordinaattipisteeseen ja simulaattoria voidaan säätää esim. ilmastonmuutoksesta koituvien lämpötilan ja sademäärän uudenlaisen jakauman kuvaamiseksi. Alueellisessa päästökerrointen laskennassa voidaan käyttää sääsimulaattoria ja alueellisesti edustavia regressiopohjaisia siirtofunktiomalleja hiilidioksidille ja myöhemmin mahdollisesti typpioksiduulin osalta prosessimalleja.

Tutkimustiedon hallintaa varten kehitettiin tietokantamalli. Tietokanta antaa mahdollisuuden hakea alueellisesti edustavia tutkimuksia ja niiden julkaisemia tutkimuraportteja. Koordinaattien perusteella prosessimalleja varten koottuja parametritiedostoja voidaan myös hallita www-liittymällä tietokantakyselyjen kautta. Tietokanta on määritelty Linux ympäristöön MySQL-kehittimelle. Ohjelmointikielenä on php.

Maahengityksen riippuvuus lämpötilasta ja turpeen kosteudesta antaa mahdollisuuden mallittaa vuotuista päästöä yksinkertaisesti säätekijöiden vuorokausivaihteluun nojautuen. Tähän perustuvat kunkin koealan vuotuisten CO2-päästöjen arviot. Oletimme, että samantyyppisten soiden maahengitys olisi samankaltaista lämpöriippuvuuden suhteen eri puolilla maata. Havainnot joidenkin pohjoisten metsäojitettujen soiden sekä turpeennostoalueiden eteläisiä alueita voimakkaammasta maahengityksen lämpövasteesta lisäsivät kuitenkin epävarmuutta turpeen CO2 poistuman mallittamiseen. Päästökertoimina joudutaan käyttämään koealoille laskettujen vuosipäästöjen keskiarvoja. Suunniteltu alueellisen säähavaintoaineiston hyödyntäminen alueellisesti tarkempien päästökertoimien tuottamisessa joutuu vielä odottamaan perusteluja paremman kattavuuden maahengitysmittauksista.

Uusi tutkimus on vahvistanut ja tarkentanut tiedot maatalouskäytössä olevien soiden merkittävistä hiilidioksidin ja typpioksiduulin (N2O) päästöistä. Typpioksiduulimolekyylin kasvihuonevaikutus ilmakehässä on metaanin tapaan tarkasteltuna yhteen hiilidioksidimolekyyliin verrattuna jopa 310-kertainen. Typpioksiduulin päästöjen syynä ovat paitsi turpeen luonnostaankin suuret hiili- ja typpivarat, erityisesti lannoituksen typpilisäys. Vaikka päästöt ovat herkkiä sääolosuhteille, säätekijöiden vaihtelulla kyetään suoraan ennustamaan vain pieni osa päästöistä. Lauhkean vyöhykkeen kaasunvaihtotutkimuksiin perustuvien prosessimallien sovittaminen havumetsävyöhykkeen ilmasto-oloihin on vaativaa. Typpioksiduulin päästöstä uusien havaintojen mukaan jopa 25-60% ajoittuu talvikauteen. Talvipäästön biofysikaalisia mekanismeja kuitenkin vasta tutkitaan. Lupaavimpien mallien kehittäminen on jo aloitettu kansainvälisenä yhteistyönä. Metaanin osalta turvepellot ovat heikkoja sitojia, sillä pohjaveden pinta pysyttelee turvepelloilla varsin syvällä, tai heikkoja päästölähteitä silloin kun turve kastuu ja sen happipitoisuus alenee.

Turpeennostoalueiden ja varastoaumojen kaasupäästöistä kerättiin tutkimusohjelman aikana uutta tietoa. Suurin osa mitatuista kaasuvirroista oli samaa suuruusluokkaa kuin harvat aiemmin saadut tulokset, mutta yllättäviäkin havaintoja kertyi. Jo aiemmin mainittu pohjoisen turvekentän CO2-päästön poikkeava lämpöriippuvuus saattoi näkyä Pudasjärveläisellä koealalla, mutta kahden toisiaan seuranneen erikoisen lämpimän ja kostean vuoden 2004-2005 mittaukset Kihniön Aitonevalla tuottivat suurimman yllätyksen. Poikkeavien olosuhteiden vallitessa turvekentältä voi vapautua erityisen paljon hiilidioksidia.

Päästökertoimien ilmastoriippuvuus on tosiasia. Kun ilmasto muuttuu, nyt esitetyt staattiset päästökertoimet vanhenevat nopeasti. Sopivien mallien kehittäminen edellyttää vertailuaineistojen keräämistä sekä ympäristöolosuhteista että kaasuvirroista. Maahengityksen tekijöiden, elävien kasvien respiraation ja toisenvaraisten eliöiden tuottaman hiilidioksidin erottaminen on varsinkin turvemailla haasteellista. Pysyvien ja radioaktiivisten hiilen isotooppien osuuksien analysointi eri karike- ja humusositteissa voisi tuoda tähän lisätietoa. Typpioksiduulivirtojen toistaiseksi vaikea ennustettavuus ja sijoittuminen talvikaudelle tuo mallinkehitykseen haasteita.

Kasvihuonekaasujen päästöinventointiin liittyvät ongelmat ovat Euroopanlaajuisia ja tutkijoiden yhteistyötä parantavia COST-hankkeita ja integroituja hankkeita (mm. COST E21, E43, 639, Carbo-Europe IP, Nitro-Europe IP, BIOSOIL) on käynnistynyt viime vuosien kuluessa. Inventointimenetelmien harmonisointi edellyttää metodisten valmiuksien kehittämistä yhtä aikaa sekä uusissa että vanhoissa EU-maissa. Monet suurista eurooppalaisista tutkimushankkeista keskittyvät lauhkean vyöhykkeen olosuhteisiin ja jättävät havumetsävyöhykkeen talvineen vähemmälle huomiolle. Pohjoisilla alueilla on runsaasti turvamaita, noin kolmannes EU-maiden soista on Suomessa ja neljännes Ruotsissa. Turvemaiden käyttö on Suomessa merkittävää. Ensimmäiset arviot metsien hiilinielusta näyttävät suometsät kasvihuonekaasujen nettopäästäjinä ja ne osaltaan vähentävät metsien hiilinielua. Tämän vuoksi erityisesti Suomessa ja Ruotsissa tulisi koota voimia pohjoisten alueiden erityiskysymysten selvittämiseen. Näytöt suuristakin mahdollisista muutoksista talvien ilmasto-oloissa alkavat tulla ilmeisiksi.

Hankkeen vetäjä: Alm, Jukka
Metsäntutkimuslaitos, Joensuun toimipaikka, PL 68, 80101 JOENSUU
Puhelin: 029 532 3107
Sähköpostiosoite: jukka.alm@metla.fi

Muut tutkijat: Heinonen, Jaakko, JO (2005), Juutinen, Sari (2004), Shurpali, Narasinha (2002-05)


Sivun alkuun

Tämä sivu on tuotettu Metlan tietokannasta 12.06.2012
Palaute