The human imprint on land-atmosphere exchange in high latitudes

Endringer på landoverflaten grunnet menneskelig aktivitet bidrar til klimaendringer på flere måter. Arealbruksendringer bidrar med omtrent 12% av globale karbonutslipp. Samtidig påvirker arealbruksendringer biokjemiske og biofysiske egenskaper som styrer vekselvirkning mellom jord, vegetasjon og atmosfære. I Norge har endringer i skogens struktur og sammensetning størst betydning, og skogbruket vil fortsette å påvirke landskaps- og skogstrukturen i framtida. IMPRINT undersøkte hvordan historiske og framtidige endringer i areal- og skogbruk påvirker biologiske og geofysiske prosesser som er viktige for utveksling av energi og vann mellom landoverflaten og atmosfæren. Prosjektet fokuserte på tre tett sammenkoblede prosesser som er spesielt sårbare for både klimaendringer og menneskelig påvirkning: 1) snøakkumulasjon og -smelting, 2) energibalansen til landoverflaten, og 3) vannlagring i jord. For å få bedre forståelse og forbedre framskrivninger av disse prosessene, har prosjektet brukt numeriske simuleringsmodeller og statistisk modellering i kombinasjon med best tilgjengelig informasjon fra fjernmåling og feltmålinger. I prosjektets første fase ble det lagt vekt på å utvikle forbedrede inngangsdata for å studere og simulere utveksling av energi og vann mellom land og atmosfære: (1) Det er utarbeidet et oppdatert arealbrukskart tilpasset modelleringen som kombinerer det beste tilgjengelige nasjonal arealressurskart med informasjon om skogstruktur basert på fjernmåling og landsskogtakseringen. Ut fra dagens arealbruk ble det utarbeidet ulike framskrivninger av areal- og skogbruk in Norge avhengig av sammenspillet mellom utslippsscenario og hogstnivå. (2) Meteorologiske inngangsdata på fin romlig oppløsning som kombinerer nasjonale meteorologiske observasjoner av temperatur og nedbør med global, modellbasert reanalyse av atmosfærens tilstand er tilrettelagt på en fysisk konsistent måte. Disse dataene har dannet grunnlaget for videre utvikling av nasjonale klimaframskrivninger for perioden 1960-2100 som er blitt ferdigstilt for tre regionale klimamodeller og tre ulike utslippsscenarier hver. Et sentralt mål i prosjektet har vært å utvikle forbedrede prosess-baserte og statistiske metoder for å modellere prosesser på landoverflaten ved hjelp av ulike observasjonsdata. Modellforbedringer som har blitt oppnådd omfatter: (1) snøsimuleringer ble evaluert mot snødekke observert av satellitter samt mot feltmålinger ved åtte skandinaviske ICOS stasjoner, (2) forskjellige metoder for å beregne fordampning fra skogflater ble sammenlignet med feltmålinger, (3) det ble utviklet forbedrede metoder for å beregne langbølget stråling og (4) simuleringer av markvannsinnhold ble evaluert mot satellittobservasjoner. I prosjektets siste fase ble de forbedrede modelleringsmetodene integrert med framskrivningene av areal- og skogbruk og klimaframskrivningene for å bestemme hvordan areal- og skogbruk påvirker utveksling av energi og vann mellom land og atmosfære i et endret klima. Resultatene viste bl.a. at klimaendringene har størst effekt på regional skala, men at skogbrukets påvirkning på skogdekning og -tetthet kan ha stor effekt på lokal skala. Det ble arrangert interessegruppemøte om klimainformasjon for representanter i landbruket i samarbeid med NFR prosjektet EMERALD og Norsk klimaservicesenter. Formålet med møtet har vært å konkretisere landbrukssektorens behov for klimainformasjon og data om klimaendringer. Resultatene fra møtet er blitt oppsummert som nettsiderapport rettet mot landbruksaktører (https://arcg.is/1CaWb0).

IMPRINT has generated increased knowledge, improved methods and datasets, and detailed quantitative estimates of the interactions between forest and land management, climate, and surface energy and water fluxes. This provides foundation for making climate-smart forest and land management decisions and for prioritizing forest-based climate adaptation and mitigation measures. The project’s methods and results will through the project partners be built into the national infrastructure, thus providing post-project decision support for policy development and climate change adaptation. The project has established a strong cooperation between the research partners which will be beneficial for developing future projects. Several novel datasets have been generated that have great potential for and are already being utilized in follow-up projects.

Human activity simultaneously impacts on the composition of and the interactions between atmosphere, hydrosphere and biosphere. Anthropogenic greenhouse gas emissions are the main driver of changes in moisture supplied to and energy available at the land surface. At the same time, land use and land management modify biochemical and biophysical vegetation properties that govern energy and water fluxes between the land surface and the atmosphere. In Norway large scale transitions in forest structure are the most widespread land management impact and IMPRINT will investigate how forest management has effected land surface energy and water fluxes over the past ~60 years. This has so far not been quantified. To this end, process-based and empirically-based modelling approaches will be jointly developed and/or refined and benchmarked against remote sensing and ground observations. The project will further develop coherent climate and forest management scenarios in order to provide projections of land-atmosphere fluxes throughout the 21st century under time evolving anthropogenic forcing. IMPRINT will provide an advance over previous (coarse-scale) approaches to quantify these effects in several aspects: (1) the land use scenarios build on national data sources, i.e. statistics, forest inventory information, and vegetation surveys, thus better reflecting the specific cultural history of land utilization in Norway which will shape future land management practices; (2) the simulations are carried out at fine spatial resolution (1 km), thus accounting to a greater extent for spatial heterogeneity in biotic and abiotic factors governing energy and water fluxes; and (3) process descriptions are benchmarked and/or refined aided by local ground observations and remote sensing to test and ensure their specific applicability in the study domain, i.e. Norway.