Extreme winter warming in the High North and its biological effects in the past, present and future

Endringer av vinterklimaet i nordområdene vil til en stor grad vise seg gjennom økt frekvens av relativt kortvarige mildværsperioder som fører til delvis eller full snøsmelting over store områder, og kun i mindre grad som en gradvis økning i daglige gjennomsnittstemperaturer. Endringene som mildværsbølgene forårsaker kan være ekstreme for nordlige økosystemer ved at de forstyrrer vinterdvaleperioden. Frekvensen av mildværsperioder var svært høy på 1930-tallet, samt i løpet av de siste 15 årene. For denne siste perioden har spesielt Svalbard hatt økende frekvens. Tidsserier for tele i jordsmonn viser ingen langtidsendringer, selv om tre av de fire siste vintrene hadde dypere tele enn normalt. I vintre med dyp tele er det gjerne også mye isdannelse på bakken. Isutviklingen starter under snødekket etter mildværsperioder og blir jevnt tykkere og hardere utover sesongen i takt med antall episoder med tining og frysing. Is og tele fører til vegetasjonsskader og reduserte avlinger, samt økte kompensasjonsutbetalinger til gårdbrukere. Satellitter har vist seg nyttige til å finne perioder i løpet av vintrene med usedvanlig lite eller stort areal dekket av snø. Senvinteren 2012 var en slik periode med mye snødekke til tross for lite snø midtvinters. Våre undersøkelser i naturen og satellittbilder viser at planteproduksjonen sommeren 2012 var langt lavere enn normalt. Vinterstress, frost etter vekststart, insektsutbrudd og flom var de viktigste årsakene til den reduserte produksjonen. Mange ulike plantegrupper hadde store synlige skader, bl.a. vintergrønne lyngplanter, nålebusker, bregner, bjørk og urter. Historiske data, inkludert innhentet informasjon fra reineieres tradisjonelle økologiske kunnskap, tyder på at værhendelser som forårsaker skade på nordlige økosystemer og forverrede vinterbeiteforhold har økt i frekvens de siste tiårene, men frekvensen har vært høy også i tidligere perioder, slik som 1930-tallet. Vår historiske analyse viser at politiske omveltninger og tvungne forflytninger også bidro sterkt til at 1930-tallet og andre epoker ble katastrofale for reindrifta i deler av Nord-Skandinavia. En nylig hendelse som vi har studert i detalj inntraff i 2007/08 og førte til store skader på lyngplanter. Satellittbilder viser at skadene var størst i sørvendte lier i et langt større område enn det som var mulig å befare i felt. Våre eksperimentelle studier dokumenterer langt på veg årsakssammenhengene mellom klimatisk stress og vegetasjonsskader, slik vi har observert dem i naturen. Etter flere gjentakende vintre med simulerte mildværsperioder som fører til full snøsmelting er mengden av de dominerende lyngplantene kraftig redusert, mens gressmengden økte. Mengde av sopp og av spretthaler i jordsmonnet ble også redusert. Naturlige utbrudd av bjørkemålere i påfølgende år førte til en ytterligere forverring av situasjonen for de vintergrønne plantene i vår studiefelter, mens mengden gress, lav og moser økte. Disse resultatene skiller seg betydelig fra studier som kun ser på trendbaserte endringer i sommerklima, hvor man ser en reduksjon i moser og lav på bekostning av karplanter. En rekke lange tidsserier inkludert satellittdata fra området rundt Abisko i Nord-Sverige viser ulike typer av vegetasjonsendringer som følge av endringer i klima og beitetrykk fra rein, fjellbjørkemålere og lemen. Beitetrykket fra lemen viste seg å være mulig å overvåke ved hjelp av satellittbilder, og beiteeffekten lot seg skille fra klimainduserte vegetasjonsendringer. Enkelte områder rundt Abisko viser overraskende stor stabilitet. Kontrollerte forsøk i klimalaboratorium viser at nordlige gressarter, moser og lav har stor variasjon i toleranse for å være dekket av is eller være eksponert til vær og vind. Bjørk er den mest hardføre av artene vi har testet, mens en alpin økotype av rødsvingel er det mest hardføre gresset. Våre trendanalyser viser at den pågående trenden med økende antall mildværsbølger om vinteren vil fortsette og forsterkes, noe som vil gi økt vinterstress. Samtidig vil andre væranomalier, f.eks. frost etter vekststart, trolig også øke i frekvens. Konsekvensene for dagens nordlige økosystemer vil være betydelige. På kort sikt, dvs. de første tiårene, vil de gjentatte skadene kunne føre til lavere produktivitet hos plantene, og mindre karbon vil tas opp. På lengre sikt vil det skje en endring av økosystemene. Arter som tåler bedre det økte stressnivået vil bli mer dominerende, og dette kan medføre utvikling av strukturelt nye økosystemer, det vil si at de vil ha sammensetninger av arter som i dag ikke vokser sammen. Disse endringene i produktivitet og struktur vil videre ha stor innvirkning på andre trofiske nivåer, dvs. nedbrytere, beitedyr og rovdyr, samt naturbaserte industrier.

Climate change will be greater in winter than in summer in the High North, yet to date, most knowledge of climate change impacts on northern terrestrial ecosystems comes from studies undertaken during summer months - the very time when the High North is e xperiencing the least climate change. Winter warming in the Arctic will to a great extent be manifest through increasing frequency of comparatively short-lasting warm spells that cause partial or full snow melt over large areas, and less so by gradual inc reases in winter temperature regimes. Such warm spells are extreme in their nature, as they enforce major changes on ecosystems and their components. The international shortage of research in winter time demonstrates there is pressing need to understand t he impacts of winter climate change. This project targets this shortage by emphasizing the past and future frequency and severity of extreme winter warming events and their impacts on snow and ice cover, agroecosystems and natural ecosystems, including re indeer husbandry. This project will therefore be a truly multidisciplinary network with intersectorial cross-cutting between science, industry and society. As the project relates to winter climate change in the High North at several levels - from climate extremes histories, via impacts on ecosystems and nature-based industries, to climate and impact projections for the future High North - it is of high relevance to the population at large, the nature management and agricultural sectors, and development of industry and livelihood. The project consists of five work packages, targeting the frequency and severity of past winter warming events; snow melt and ground-icing dynamics during winter warming events; ecosystem health following winter warming events; w inter warming manipulations and what they can tell us about damage and recovery of important plant and lichen species; and projections on how extreme winter warming will contribute to shape ecosystems.