KLIMAFORSK-Stort program klima

Vi har dokumentert gode resultater ved bruk av vegetasjonshøydemålinger fra flybåren laserskanning (FLS) til deteksjon av små trær i overgangssonen mellom skog og alpin sone. Høydemålingene er i praksis en tett tredimensjonal sky av ekko fra laserpulser sendt ut fra en sensor under et fly. Gjennom flere innledende metodestudier ble det vist at trær som er mer enn 1 m høye, kan detekteres med stor grad av sannsynlighet. For den datatettheten vi hadde i våre studier (8-10 ekko per m2 fra) er deteksjonsraten nær 100 % for trær høyere enn 1 m. Våre resultater viser også at hvis man anvender høydeinformasjonen fra FLS sammen med for eksempel uttrykk for ekkoenes romlige fordeling, kan resultatene forbedres fordi ekkoene får en annen romlig fordeling når de kommer fra trær enn når de kommer fra andre objekter som rager over terrengflaten, som f.eks. steinblokker. I tillegg har vi gjort analyser der formålet har vært metodeutvikling for en automatisert deteksjon av enkelttrær, altså en metodikk som skal kunne anvendes på stor skala i operativ overvåking. Våre studier har vist at det er mulig å gjøre en automatisert klassifisering av celler ned mot 0,6 m2 over området, med hensyn på om de inneholder trær eller ikke. Studien viste også at klassifikasjonen forbedres hvis man begrenser søket til trær over 30 cm i høyde, fordi terrengoverflaten som også modelleres fra FLS-ekkoene har vist seg å ha en usikkerhet i størrelsesorden +/- 20 cm (95 % konfidensintervall). Videre viste en studie av automatisert avgrensning av hvert enkelt tre, til forskjell fra klassifikasjon av celler, at feilnivået var svært høyt. Vi har også gjennomført en studie knyttet til estimering av høydevekst for enkeltrær i tregrense-økotonen. En såkalt arealbasert tilnærming der man ikke krever identifikasjon av enkelt-trær, men nøyer seg med å se på summarisk statistikk av lasermålingene for et definert areal, og derved betrakte problemet som et statistisk utvalgsproblem snarere enn et klassifikasjonsproblem, er trolig et bedre alternativ i begge tilfeller. Dette er svært nyttige erfaringer som vil kunne påvirke hvordan framtidige prosedyrer for innsamling av feltdata. En endringsstudie av trærs utbredelse og vekst over prosjektperioden ved hjelp av felt- og FLS-observasjoner på to tidspunkter viser at biomasse-endringene i fjellskogen nedenfor tregrense-økotonen der trærne er av en viss størrelse, kan estimeres med god nøyaktighet. Analyser på datasettet fra den lange korridoren langs av den skogkledte delen av Norge, viser at biomassen i fjellskogen var økende over perioden 2006-2012, men at økningen (gjennomsnitt 0,45 tonn per hektar per år) avtar mot nord og mot fjellet. Resultater fra analyser av aldersstrukturen til skogen i det som i dag er overgangen mellom boreal og alpin sone tyder på at skogen har avansert inn i alpin sone. Kompletterende studier i Finnmark utført ved NINA (prosjektpartner) har vist det samme, men at det er store variasjoner mellom ulike lokaliteter og at tidligere estimater på hastigheten på frammarsjen trolig har vært alt for høye. Egne analyser av feltdataene i tregrense-økotonen tyder også på at det er en netto økning i treantallet per arealenhet, og at det er regionale forskjeller. Frøsåingsforsøk i fjellet er gjennomført for å kunne studere sammenhengen mellom klimafaktorer og etablering av nye trær, for å kunne gi begrunnende vurderinger av hvordan tregrensene vil utvikle seg framover under ulike klimascenarier. I samarbeid med Universitetet i Bergen (prosjektet SEEDCLIM), ble det funnet fram til 14 lokaliteter som representerer et bredt spektrum av forskjellige sørnorske klimatyper. På hver lokalitet er det sådd frø av furu, gran og bjørk 1) på naken jord der vegetasjonen er fjernet og 2) i intakt vegetasjon. Resultatene viser er at det er oppsiktsvekkende god etablering av både gran og furu i alpine miljøer.

Rapid changes are expected in the mountain forest and the forest-alpine transition zone due to global warming. Since steep temperature-productivity gradients characterize these marginal areas, two fundamental effects are expected: (1) expansion of the for est by colonization of non-forested areas and migration of the alpine tree line; (2) increased growth of existing trees which will have an impact on carbon sequestration and future carbon pools. The mountain forests and forest-alpine transition zone const itute a large proportion of Norway's land surface. This ecotone can be found along the entire mountain chain, from south to the north of the country. Little information is available about the current status and the consequences of future changes likely to take place in these areas because they are not covered by any official monitoring programs and they have also been neglected in official carbon reporting. The focus of this proposal is on development of efficient methods for detection of alpine tree line migration and biomass accumulation in the mountain forest based on LiDAR (Light Detection And Ranging) remote sensing. This technology is the most sensitive available to detect local and rapid change over short time periods and extensive areas at reasona ble cost. The methods will be demonstrated on a 1500 km N-S gradient. The LiDAR transect encompasses hundreds of elevation gradients, and changes in tree line and biomass stores in the mountain forest will, for the first time, be provided. Such changes ar e relevant for reporting on climate conventions, and experience gained may provide vital input to design of future monitoring programs. Experiments will be set up to gain a basic understanding of climatic effects on biological processes regulating recruit ment and growth of trees along the alpine tree line. By doing so, we will be able to provide estimates with respect to the remeasurement period needed to reliably detect changes in these climate-sensitive ecosystems