The vanishing white: management of stressors causing reduction of pale vegetation surfaces in the Arctic and the Qinghai-Tibetan Plateau

Potensialet for karbonfangst er svært begrenset for alpin og arktisk vegetasjon. Ettersom den internasjonale klimapolitikken har hatt størst søkelys på karbonfangst har mulige klimatiltak i kalde landområder blitt viet lite oppmerksomhet. Refleksjon av solvarme er kjent som albedo. Reduksjon i albedo bidrar også til oppvarming. Enkelte arktiske og alpine vegetasjonstyper er lyse og har høy albedo og reflekterer derfor mye av innkommende solinnstråling. Et sentralt mål for dette prosjektet har vært å evaluere hvorvidt albedo spiller en sentral rolle som klimaregulerende økosystemtjeneste fra vegetasjon i arktiske og alpine områder. Typiske lyse overflater fra slike områder er lav-dominert hei og tundra. Prosjektet er finansiert over en felles Kina-Norge-utlysning og består derfor primært av forskere fra disse to landene, samtidig som prosjektets postdoktoropphold i Finland stimulerte til betydelig samarbeid med finske forskere. Feltundersøker er blitt utført i nordområdene og Tibet, supplert med omfattende analyser av tidsserier fra satellittmålinger. Prosjektet har hatt en omfattende publiseringsaktivitet i prosjektperioden, og ytterligere studier vil bli publisert kort tid etter formell prosjektavslutning. I vår studie om trender i global plantebiomasse publisert i tidsskriftet Nature Reviews Earth & Environment, allerede sitert 597 ganger, viet vi nordlige og alpine økosystemer betydelig omtale. Vi viste at varmere vekstsesong er hovedårsaken til økende plantebiomasse i disse økosystemene, men at effekten av den menneskeskapte oppvarminga har blitt svakere over en 40-års periode, trolig som følge av at et midlertidig metningspunkt er nådd i forholdet mellom temperatur og grønnhetsrespons. Vi viser videre at økt grønnhet har ledet til redusert albedo og dermed økt strålingspådriv, noe som har bidratt til global oppvarming med 0,1 W per m2. Vha. feltmålinger fra et stort nettverk av vegetasjonsflater viser vi at albedo varierer betydelig mellom ulike nordlige økosystemer. Flater dominert av lyse reinlav har konsekvent høyest albedo; opptil ti ganger høyere enn flater dominert av grønne vekster, dvs. karplanter og moser. Andre klimaregulerende egenskaper, f.eks. karbonopptak og biomasse, varierer langt mindre mellom flatene, noe som indikerer at albedo er den faktoren som bidrar mest til klimaregulering i disse økosystemene. Vha. 50 år lange tidsserier fra to norske reinbeitedistrikt har vi studert hvordan endring i lavbiomasse har påvirket albedo og strålingspådriv. Perioder med høyt beitetrykk ledet til betydelig reduksjon i lavbiomasse og albedo, og følgelig til positivt strålingspådriv, som ble omregnet til karbondioksid-ekvivalenter. Reduksjonen i lavdekke i reinbeitedistriktet med høyest reintetthet ledet til oppvarming tilsvarende 22 g CO2-ekvivalenter per m2 per år. For distriktet med tilnærmet stabilt lavdekke var strålingspådrivet langt lavere, tilsvarende 2 g CO2-ekvivalenter per m2 per år. Dette studiet viser at endring i albedoegenskapene til vegetasjonsflater kan ha stor påvirkning på klimasystemet og at flater dominert av lyse lav i så måte er av spesielt stor betydning. Lavmatter forhindrer etablering av busker og trær og bidrar derfor også til høyere albedo om vinteren gjennom ubrutte, landskapsdekkene snølag. I Tibet er lyse lav sjeldent landskapsdekkende. Vi har i stedet identifisert flere vidt utbredte karplanter som har et tett dekke av beskyttende, hvite ullhår. Disse plantene har de samme klimaregulerende egenskapene som lyse lavmatter. Overvåking av endring i lavbiomasse over store arealer er derfor viktig av hensyn til regulerende, kulturelle og forsynende økosystemtjenester. Vi benyttet tungregnemaskin og kunstig intelligens til å utvikle en fjernmålingsbasert metode for beregning av lavbiomasse, i motsetning til tidligere utviklede metoder som har vært begrenset til beregning av dekning. Den endelige modellen, publisert i Remote Sensing of Environment, viste godt samsvar med bakkesannheter. Modellen bekrefter trendene fra feltbaserte tidsserier som viser en betydelig reduksjon av lavbiomasse over store arealer som følge av menneskelige aktiviteter og tidvis høyt beitetrykk, men viser også at flere lavrike områder har vært stabile over en 35-års periode. Denne nyutviklede modellen er allerede i benyttelse i overvåkning og forvaltning av beiteressurser i vill- og tamreinsområder i Norge. Modellen bidrar følgelig til å optimalisere reintallet vurdert opp mot økonomiske forhold, miljøhensyn og klimaregulering. En panarktisk analyse, basert på denne modellen, med tilhørende albedoberegninger, er under utarbeidelse. Tiltak for å opprettholde eller øke økosystemenes albedo i arktiske, alpine og boreale områder vil kunne ha langt sterkere klimaregulerende effekt enn tiltak for å øke karbonopptak. Vi konkluderer derfor med at vegetasjon med høy albedo bør verdsettes som klimaregulerende egenskap og hensyntas i arealforvaltning.

Resultatene fra prosjektet VANWHITE gir ny forvaltningsrelevant innsikt i hvordan kalde landområder, dvs. arktiske, alpine og nordlig boreale økosystemer, påvirker og blir påvirket av klimasystemet. Resultatene står i kontrast til de rådende oppfatningene om at karbonfangst og -lagring er de mest virkningsfulle klimaregulerende tjenestene som nordlig vegetasjon leverer. Bærekraftig forvaltning av lyse vegetasjonsflater vil gagne både urfolk gjennom langsiktig sikring av tilstrekkelige vinterbeiteressurser for reinsdyr og det globale samfunnet gjennom de lyse overflatenes regulerende bidrag til klimasystemet. For at lyse vegetasjonsflater skal kunne bedre hensyntas som en viktig klimaregulerende tjeneste bør albedo fra vegetasjon anerkjennes i internasjonal klimapolicy på linje med økosystemer med stor kapasitet til karbonlagring. Ettersom lyse, lavrike økosystemer viser negativ trend og stedvis er truet, bør disse økosystemenes rolle i klimasystemet gjøres bedre kjent og dertil stimulere til økt engasjement for bevarende tiltak nasjonalt og lokalt. Overvåking av grønn vegetasjon, dvs. økosystemer dominert av karplanter, ved hjelp av fjernmåling er en veletablert metodikk og benyttes til en rekke formål, bl.a. i de årlige globale rapportene om klimaets tilstand. Vi har i dette prosjektet oppsummert kunnskapen rundt slik overvåking og presentert de nyeste resultatene i de nevnte årlige globale rapportene samt i den mye siterte oversiktsartikkelen publisert i Nature Reviews Earth & Environment. For lys vegetasjon har fjernmålingsbasert overvåking vært mer utfordrende pga. komplekse spektrale signaturer, dvs. at det har vært vanskelig å detektere lyse lavdominerte flater vha. fjernmåling. Etter utprøving av ulike publiserte metodikker som viste seg ikke å gi så godt samsvar med bakkesannheter som vi mente var nødvendig, tok vi arbeidet med å utvikle en helt ny metode basert på kunstig intelligens. Denne metoden er publisert vitenskapelig og er allerede i bruk i norsk overvåking og forvaltning av reinbeitearealer, bl.a. i "Kvalitetsnorm for villrein". Metoden dokumenterer trender fra feltovervåking om at lavbiomassen i enkelte områder er nedadgående og i andre områder mer stabil. Dette gjør at metoden er pålitelig også for områder uten tilgjengelige bakkesannheter og derfor kan benyttes over store arealer. Analysene viser nedadgående trender for lav i de fleste reinbeiteområdene som er blitt vurdert så langt. Den norske forskergruppen har i dette prosjektet fått samarbeidet med produktive forskergrupper fra Kina supplert med forskere fra andre land, deriblant USA og Finland. Det store internasjonale og tverrfaglige samarbeidet har ledet til resultater med relevans for klimatiltak og forvaltning av naturressurser som er viktige for urfolk. Når dette skrives er ikke alle prosjektresultater blitt publiserte, men det vil skje i de kommende månedene. Kompetansen oppnådd i dette prosjektet vil bli benyttet videre i forvaltning, utredning og forskning.

Arctic, subarctic and alpine lands contribute comparably little to climate mitigation through carbon sequestration. Since policies are mostly concerned with carbon capturing, cold lands have received little attention in a climate mitigation context. However, by ignoring biogeophysical processes, which potentially offset biogeochemical effects, policies risk promoting suboptimal solutions: ensuring effective climate protection through land management requires consideration of combined biogeochemical and biophysical processes. Arctic and alpine lands reflect much of the incoming solar energy, a process known as albedo, which contributes to cooling of the Earth. The potential of using pale, high-albedo vegetation in climate regulation is incompletely elucidated. This project targets these shortages by emphasizing both the biogeophysical and the biogeochemical features of the Arctic and the Qinghai-Tibetan plateau and their potentials as climate regulation services, within a socioeconomic framework. This project will therefore be a truly multidisciplinary network consisting of primarily Chinese and Norwegian scientists, with inter-sectorial cross-cutting between science, society and policy. As the project relates to the current and future physical appearance of vast cool alpine and arctic regions, it will be of high relevance to the population at large, nature management, nature-based industries and policymaking. The project consists of five work packages, targeting the carbon economy and albedo of pale ecosystems in contrast to darker ecosystems; the past dynamics and current status of pale vegetation surfaces; the major global and local stressors of pale vegetation surfaces; the climate impact of pale vegetation surfaces; and management strategies for enhancing the climate-regulating services of arctic and alpine lands.