Näkymä Pallas-Ounastunturille. Männyn ja kuusen metsänraja ovat suotuisan 1900-luvun ansiosta etenemässä kohti pohjoista ja tuntureiden rinteitä ylöspäin.

Esitys aiheesta: "Näkymä Pallas-Ounastunturille. Männyn ja kuusen metsänraja ovat suotuisan 1900-luvun ansiosta etenemässä kohti pohjoista ja tuntureiden rinteitä ylöspäin."— Esityksen transkriptio:

1 Näkymä Pallas-Ounastunturille. Männyn ja kuusen metsänraja ovat suotuisan 1900-luvun ansiosta etenemässä kohti pohjoista ja tuntureiden rinteitä ylöspäin. Prosessi ei kuitenkaan ole ainutlaatuinen, sillä vastaava on toistunut useita kertoja viimeisten vuosituhansien aikana.

2 a) Ainakin kahdeksan jääkautta on esiintynyt viimeisten 800 000 vuoden aikana. b) Viime jääkautta edeltävän Eemin ja nykyisen holoseenin läm- pötilakehitykset muistuttavat toisiaan. Jääkautiset lämpötilat ovat 4-5 astetta alempia. c) Nykyisen holoseenikauden lämpömaksimi sattui Atlanttiselle kaudelle noin 6000 vuotta sitten, jolloin oli nykyistä pari astetta lämpimämpää. d) Viimeinen vuosituhat alkoi keskiajan lämpökaudeksi kutsutulla jaksolla. Silloinen noin puolen asteen lämpötilan nousu vastaa nykyistä nousua. Kylmintä oli pienen jääkauden aikana 1600-luvun lopulla. e) Lämpötilan nousua 1900-luvun alkupuoliskolla pidetään ”toipu- misena” pienestä jääkaudesta. Lähteet: Bradley & Eddy 1991 (a-c), Daly 2001 (d) ja Jones 1997, Ojansuu & Henttonen (1983) sekä Ilmatieteen laitos (e). Kuvat uudelleen piirsi Mauri Timonen Euroopan ja Pohjois-Amerikan lämpötilavaihteluista viimeisten 800 000, 150 000, 18 000 ja 1000 ja 100 vuoden aikana.

3 Onko ” ” tulossa? © Mauri Timonen Kahden viime lämpökauden (interglasiaalin) ja niiden välisen jääkauden lämpötilavaihtelu on vain viiden asteen luokkaa. Ilmaston lämpenemisen ja viilenemisen marginaalit pohjoisilla alueella ovat pienet. Lisäksi lämpökaudet ovat lyhyitä: Eemikausi kesti vain 13000 (tai 17000) vuotta. Koska nykyistä lämpökautta on eletty jo 11000 vuoden verran, on Suomikin hyvää vauhtia, ainakin periaatteessa, liukumassa seuraavaan jääkauteen. Linkki http://fi.wikipedia.org/wiki/J%C3%A4%C3%A4kausi http://fi.wikipedia.org/wiki/J%C3%A4%C3%A4kausi

4 Kaaviokuva puun kasvusta, jonka peruskomponentteja ovat pituuskasvu, paksuuskasvu ja tilavuuskasvu. Oman kokonaisuutensa muodostaa vuosiluston sisällä tapahtuva kasvukauden aikainen solututkimus, joka on lisännyt kasvutapahtumaa ja sen myötä myös ilmastonmuutosta koskevaa ymmärtämystämme. © Mauri Timonen

5 Puunäytteiden dendrokronologisen ajoittamisen (ristiinajoittamisen) perusideana on paikallistaa eri näytteistä saman kalenterivuoden lustot. Tieto siitä, että männyn kasvun minimitekijänä Lapissa on lämpötila ja että kesät eivät ole ”veljeksiä” keskenään, tarjoaa mahdollisuuden viivakoodimaisen kuvion laatimiseen poikkeuksellisten ja naapureistaan selvästi erottuvien kasvuvuosien perusteella. Tähän ns. Skeleton Plot-menetelmään tarvitaan vain suurennuslasi, kynä ja millimetripaperia (ei siis edellytä lustonmittausta). Yksinkertaisimmassa ajoittamisessa tällä tavalla laadittua viivakoodia verrataan toisen näytteen tai aiemmin laadittuun vertailusarjan vastaavaan viivakoodiin, jolloin oikea ajoitus löytyy (vrt. kuva). Jos lustonleveydet on mitattu, ajoitus käy helpoimmin korrelaatiotarkasteluilla. Ks. cross-dating esimerkkiä http://www.ltrr.arizona.edu/skeletonplot/introcrossdate.htmhttp://www.ltrr.arizona.edu/skeletonplot/introcrossdate.htm

6 Lustoaineiston alueellinen kattavuus on huomioitava paikallisilmastojen vaihtelevuuden vuoksi.

7 Vuosilustoaineiston otoskoko kasvaa leveysasteen funktiona (Hustich 1947). Se on huomioitava suunniteltaessa ilmastopainotteista lustotutkimusta. Kaaviossa esitetyt luvut ovat suuntaa antavia ja tarkoittavat vuotuista havaintomäärää 5 %:n riskillä (t=2). Lähde: Pentti Roiko-Jokela 1979.

8 Lustotutkimuksen koepuut voidaan valita täysin satunnaisesti tai tiukasti määriteltyjä ennakkokriteereitä soveltaen. Ennakkokriteereillä voidaan jo etukäteen eliminoida sellaista vaihtelua, jonka tiedetään aiheuttavan kohinaa ilmastoanalyyseissä.

9 Otantakaavio auttaa kokoamaan RCS-mallituksen kannalta ideaalisen aineiston. Kaavion akseleina ovat kalenterivuosi, ikäluokka ja otoskoko. Kalenterivuosirajauksella määritellään tarkasteltava ilmastojakso. Luston ikärajauksella vakioidaan luston biologisesta iästä aiheutuva kasvun muuttuminen. Otoskoko määräytyy tutkimukselle asetetusta tavoitteesta: esimerkiksi vuosilustoindeksiestimaatin korreloiminen kuukausilämpötilaan edellyttää vähintään 10 %:n tarkkuusvaatimusta 95 %:n luotettavuustasolla (5 % riskillä). Männyn metsänrajalla, jossa indeksin variaatiokerroin on jopa yli 40 %, se tarkoittaa vähintään 50 havainnon vuositasoa.

10 RCS-kasvumallissa muodostetaan tarkasteltavan ilmastojakson keskimääräinen lustonleveys-ikäkäyrä. Se ei vielä kuitenkan takaa aineiston homogeenisuutta mallitusta ajatellen. Tarvitaan myös ikärajausta (Age Banding). Kuvan esimerkissä tarkastellaan 1000-vuotista ilmastojaksoa ja sen aikana kasvaneita puita. Niiden keskimääräinen iänmukainen lustonleveys (keskimmäinen kuva) antaa vertailukohdan ilmastojakson pitkätaajuisen (low-frequency) vaihtelun selvittämiseen. Luotettavan lustonleveysmallin laatiminen asettaa aineistolle erityisvaatimuksia havaintojen jakautumiseen kalenterivuoden, lustoiän ja otoskoon suhteen. Jos aineisto on em. tekijöiden suhteen epätasapainoinen, voi seurauksena olla harhainen malli, esimerkiksi ”lätkämaila”. RCS-analyysin luotettavuutta voidaan parantaa rajaamalla lustoikää (Age Banding, oikeanpuoleinen kuva, punainen viiva)

11 Ilmastojakson keskimääräinen lustonleveys toimii vertailukohtana pitkien ilmastotrendien selvittämisessä.

12 Indeksit muutetaan lämpötiloiksi siirtofunktiolla.

13

14 Tulosten yleistämisessä tutkimusaineistoa laajemmalle alueelle on oltava huolellinen.

15 Puiden herkkyys lämpöön ja kosteuteen riippuu useista tekijöistä, mm. puulajista, kasvupaikasta ja maantieteellisestä sijainnista. Männyn kasvu Pohjois-Suomessa riippuu miltei yksinomaan lämmöstä. Etelä-Suomessa lämmön ohella vaikuttaa myös kosteus. Puun kasvukausi käynnistyy vasta +5 o C:n kynnyslämpötilan ylityttyä. Kynnyksen ylittymiseen vaikuttavat mm. –keväällä lämpö (alku) –kesällä lämpö ja kosteus –syksyllä valo (loppu) –talvella kylmyys ja lumi © Metla/Erkki Oksanen

16 Mänty saavutti laajimman levinneisyytensä 8300 - 4000 vuotta sitten, jolloin heinäkuussa oli vähintään 2,6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä 13000km 2 nykyistä enemmän. Noin 3000 vuotta sitten ilmasto oli viilennyt 0,8 o C:lla ja metsät vähentyneet 2500 km 2 :llä. Keskiajan lämpökaudella oli edelliseen verrattuna selvästi viileämpää, mutta siltikin 0,6 o C nykyistä lämpimämpää ja mäntymetsiä oli 7200 km 2 nykyistä enemmän. Pikku jääkauden alettua noin 700 vuotta sitten, havainnot nykyisen metsänrajan yläpuolisista subfossiileista, ja kannoistakin, puuttuvat. Kävikö niin, että ilmaston viileneminen tyrehdytti uudistumisen kokonaan moneksi sadaksi vuodeksi? Mäntymetsät alkoivat vallata takaisin menetet- tyjä kasvualueitaan merkittävämmässä määrin vasta viime vuosisadan ilmaston lämpenemisen myötä. Jos lämpötila nousee pysyvästi 0,6 o C:lla, lisääntyy mäntymetsien pinta-ala kenties muutamassa sadassa vuodessa tuhansilla km 2 :llä. Kari Mikkola Kultti, S., Mikkola, K., Virtanen, T., Timonen, M. & Eronen, M. 2006. Past changes in the Scots pine forest line and climate in Finnish Lapland: a study based on megafossils, lake sediments, and GIS-based vegetation and climate data. The Holocene 16(3): 381-391. MUINAISET MÄNTYMETSÄNRAJAT

17 - Metsänrajamännyn vuosilustojen leveyksistä laadittu lustokronologia kertoo rytmisesti vaihtelevista kesä-heinäkuun keskilämpötiloista. - Tuhannen vuoden aikaperspektiivissä tarkasteltuna 1900-luvun kasvunvaihtelut eivät poikkea olennaisesti aiempien vuosisatojen vaihteluista. - 1900-luvun lämmintä ilmastojaksoa on edeltänyt ainakin 10 vastaavaa lämpenemistä. Vastaavasti kylmät jaksot ovat seuranneet lämpimien jaksojen perässä. - Männyn kasvua säätelevä kesä-heinäkuun keskilämpötila on pysynyt Viimeisen 100 vuoden aikana muuttumattomana (oranssi käyrä vuotuisin arvoin ja sininen käyrä 20 vuoden liukuvin keskiarvoin tasoitettuna). - Lustosarjojen rytmisyys (syklisyys) kiinnostaa tutkijoita erityisen paljon, koska syklien arvellaan aiheutuvan auringon aktiivisuuden vaihteluista, maan liikkeistä avaruudessa tai maan merivirtojen liikkeistä yms. - Kasvujen vertailu Sirénin uudistumisvuosiin (1961, 1996) osoittaa, että Lapin metsänrajametsät uudistuvat pääsääntöisesti suotuisten jaksojen yhteydessä. Kasvun vaihtelu viimeisen tuhatvuotiskauden aikana

18 Reference: Helama S., Timonen M., Holopainen J., Ogurtsov M.G., Mielikäinen K., Eronen M., Lindholm M. & Meriläinen J. (submitted). Imprints of Medieval Warm Period, Little Ice Age and twentieth century warmth in proxy-based temperature reconstruction at high latitudes of Europe. 3. Koska puun kasvu riippuu kulloisestakin ilmastosta, on kasvu parempaa suotuisina aikoina ja vastaavasti hei- kompaa epäsuotuisampina aikoina. Koko tarkasteltavalla ilmastojaksolla tapahtuneet trendimäiset muutokset paljastuvat, kun niitä verrataan RCS-mallin kasvun tasoon. Esimerkkinä Helama ym.(2008) laatima RCS-malli Lapin pitkän lustosarjan vaihteluista viimeisellä tuhatvuotisjaksolla.

19 Männyn kasvun vaihtelu metsänrajalla 1750 - 2004 Ilmaston (kesä-heinäkuu) pitkäaikaisen vaihtelun tyypilliset laskut ja nousut näkyvät selkeästi Lapin männyn vuosilustoindeksissä. Kaksi samankaltaista noin 65 vuoden pituista jaksoa 1840-1905 ja 1906-1970. Niissä kasvut huipentuivat 1850- ja 1920-luvuilla. 1900-luvun trendit: nousua 1903-1925, laskua 1926-1970, nousua 1971-1979, tasaista 1980-1999, nousua 2000-2004.

20 Lapin metsänrajametsien puiden kasvun vaihtelu kahden toisistaan riippumattoman aineiston mukaan vuosina 1750-2008. Punainen pisteviiva kuvaa kasvutrenditutkimksen havaintomääriä (>, sininen puolestaan kasvuideksitutkimuksen havaintomääriä. Tämäkin laaja aineisto kuten niin monet niin monet muut aiemmat aineistot osoittavat, että Lapin metsänrajamännyn kasvun reilusti parasta aikaa on ollut 1920-1940. Männyn nykykasvu on pysytellyt itsepintaisesti liki 40 vuoden ajan keskitason (100) tuntumassa.

21 Sodankylän lämpötilatiedot kuvaavat varsin hyvin Lapin keskimääräistä ja myös metsänrajaseudun ilmastoa. Vuotuinen, sydäntalven ja kesänaikainen keskilämpötilan kehitys eivät ainakaan toistaiseksi osoita erityisiä merkkejä ilmaston voimakkaasta trendimäisestä lämpenemisestä.

22 Männyn kasvu erityisesti Pohjois-Suomessa on voimakkaasti lämpötilariippuvainen. Sodankylän ilmastoaseman kesä- ja heinäkuun keskilämpötilojen perusteella voidaan melko luotettavasti päätellä, miten Lapin mänty on kasvanut suurimmassa osassa Lappia. Tämä riippuvuus toimii myös toisinpäin: oikein (ilmastosensitiivisesti) kerätyn lustoaineiston perusteella voidaan “lukea” Sodankylän ilmastoaseman mittariarvot. Lapin mänty tuntuu välttäneen paljolti dendrofoorumeilla keskustellun ns. divergenssiongelman, jonka mukaan vuosilustojen kyky ennustaa viime vuosikymmenien lämpötiloja olisi heikentynyt. Seuraava kuva osoittaa, ettei Lapin männyllä ole paljon puhuttua divergenssi- ongelmaa.

23 Suomen metsien kasvutrendit selvitettiin 1990-luvun puolivälissä osana laajempaa EU-projektia. Tutkimuksen tulokset julkaistiin loppuraportissa ”Growth trends in European Forests” (http://lustiag.pp.fi/growthtrends.htm). Tavoitteenamme uudessa tutkimuksessamme, jonka maastotyöt tehtiin vuosina 2007 ja 2008, oli selvittää mahdolliset viimeaikaiset muutokset ja niiden syyt.http://lustiag.pp.fi/growthtrends.htm Uudesta aineistosta lasketun männyn vuosilustoindeksin (sininen viiva) vaihtelu on sangen yhdenmukainen aiempien tulosten (vihreä ja punainen viiva) kanssa. Männyn kasvu oli 1990-luvulla 15- 20 % normaalia heikompaa ja kuluvalla vuosikymmenelläkin vain keskimääräisellä tasolla. Tulos vahvistaa aiempaa käsitystä siitä, ettei ilmastossa ole tapahtunut puun kasvun kannalta mitään dramaattista.

24 Lapin ilmaston tasaisuutta selittää eteläisen pallonpuoliskon El Niňon pohjoiseksi serkuksi luonnehdittu NAO-ilmiö (North Atlantic Oscillation). Se vaihtelee jaksoittaisesti aiheuttaen äärivaiheissaan poikkeuksellisia säitä Euroopassa ja Pohjois-Afrikassa. NAOn huippu- vaihe, korkea indeksi, ilmenee Suomessa erityisesti sydäntalvella lämminhenkisinä mutta välistä myös myrskyisinä länsi- ja lounaistuulina. Kesällä se synnyttää kosteanviilenä ilmaston. Merivesien kiertojärjestelmään (Thermohaline Circulation system) kuuluva Golf-virta tuo lämmintä vettä Pohjois-Eurooppaan, mikä lämmittää paikallista ilmastoa. NAOn ollessa aktiivinen Skandinavia saa lounaistuulten mukana Golfvirran kosteutta ja lämpöä. NAO oli poikkeuksellisen aktiivinen 1990-luvulla (kuva). Sen seurauk- sena talvikuukausien lämpötila nousi männyn metsänrajaseuduilla jopa parilla asteella ja lunta satoi ennennäkemättömän paljon, esi-merkiksi Käsivarressa jopa kolmin- ja muualla Lapissa kaksinkertai-sesti normaaliin nähden. Ilmiö on laantunut 2000-luvulla. Ilmastodatan lähde: CRUCRU

25 Holoseenin ilmastovaihtelut (sinipuna) ja Lapin metsänrajamännyn lyhytjaksoiset (<100 v) kasvutrendit (valkoinen viiva). Pitempijaksoiset kasvutrendit saadaan näkyviin RCS-metodilla. Erityistä huomiota kiinnittää vuoden 1630 eaa. paikkeilla oleva kasvun romahtaminen, joka ilmeisesti on liityksissä Santorinin tulivuoren jättiräjähdykseen (ks. http://fi.wikipedia.org/wiki/Santorini ). Myös muut purkaukset näkyvät pienempinä piikkeinä lustosarjassa kuten Mt. Pelée 2440 eaa.(?) Rabaul (?) 536 jaa. (?) ja Huaynaputina 1600 jaa. http://fi.wikipedia.org/wiki/Tulivuorenpurkauksen_vaikutukset_ilmastoon ) http://fi.wikipedia.org/wiki/Santorini http://fi.wikipedia.org/wiki/Tulivuorenpurkauksen_vaikutukset_ilmastoon © Mauri Timonen

26 http://members.shaw.ca/sch25/FOS/Moncton_Telgrph-ClimateChaos.pdf Ns. jääkiekkomailakäyrän mukaan ilmasto on lämmennyt viimeisten sadan vuoden aikana roimasti. Perinteisem- män ja edelleen myös nykyisen käsityksen mukaan kyse on enemmänkin bumerangista tai paistinpannusta, jonka reunat muodostuvat keskiajan lämpökaudesta, nykyisestä lämpenemisestä sekä pikku jääkaudesta.

27 Lapin metsänrajamännyn vuotuinen (high frequency) ja vuosikymmenten välinen (medium frequency) kasvun vaihtelu (sinivihreä korostus). Sama 11 vuoden FFT-tasoituksella (oranssi). Ilmastomalleista saatuja lämpötilaennusteita vuoteen 2100 saakka (punainen). Ilmaston luontaiseen syklisen vaihteluun perustuviat metsänrajamännyn vuosilustoindeksin projektiot: 11 vuoden FFT-tasoitus (violetti) ja 50 vuoden FFT –tasoitus (harmaa). Äkillisestä ilmastonmuutoksesta aiheutuva hypoteettinen jääkautisiin oloihin johtavä lämpötilakehitys (sininen). Vuosilustoindeksin projektiot voi rinnastaa Pohjois- Suomen ilmaston luontaiseen lämpötilakehitykseen (ihmisen vaikutusta ei huomioitu).

28