Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Modeling climate change impacts on European tree species : comparing statistical and dynamic models

Show full item record

Title: Modeling climate change impacts on European tree species : comparing statistical and dynamic models
Author(s): Takolander, Antti
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences
Discipline: Environmental Biology
Language: English
Acceptance year: 2013
Abstract:
Climate change has been predicted to cause extinctions and range shifts in European flora. Two common methodologies assessing climate impact on vegetation are statistical bioclimatic envelope models (BEMs) and process-based dynamic vegetation models. BEMs are relatively easy to implement, but have been criticized for being unreliable, because they assume equilibrium between species' observed ranges and climate. Dynamic models can be considered biologically more sound, but require large quantities of detailed input data, which is often not available. The aim of this study is to investigate the effects of climate change on common tree species ranges in Europe and in Scandinavia, and to find out whether two commonly used modeling strategies, dynamic and statistical models, produce similar estimates of future ranges. To address these questions, I first built statistical models (bioclimatic envelope models) for five common European trees: Pedunculate Oak (Quercus robur, L.), Common Hazel (Corylus avellana L.), European Beech (Fagus sylvatica, L.), Scots Pine (Pinus sylvestris, L.) and Norway Spruce (Picea abies (L.) H. Karst.). All species are widely distributed and characteristic species in their ecosystems and thus their possible range shifts would indicate larger shifts in ecosystem structure and function. I then compare the projections produced with the statistical models to outputs of a tree speciesparameterized dynamic global vegetation model LPJ-GUESS, obtained from another study. The statistical model predictions are compared with dynamic model results for entire European distributions, while the statistical model predictions for Scandinavian area are examined in further detail. Input distribution data had great influence in future predictions of statistical models. Statistical models and the dynamic model produced very different future predictions, statistical models predicting increasing contractions on the southern edge of distribution towards the end of the century, indicating larger climatic impacts. The role of biological interactions, successional processes and modeling relationship between distribution and climate are discussed. I propose a way to assess the possible causes of differences between statistical and dynamic models to produce more robust future predictions on plant species distributions. Statistical model predictions in the Scandinavian area indicated substantial northward shift of hemiboreal vegetation zone by 2050.
Euroopan kasvilajiston on ennustettu kärsivän sukupuutoista ja siirtyvän kohti napa-alueita ilmastonmuutoksen vuoksi. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia kasvillisuuteen mallinnetaan usein tilastollisten habitaattimallien tai dynaamisten prosessipohjaisten kasvillisuusmallien avulla. Tilastollisten mallien käyttö on suoraviivaista, mutta niiden ennusteiden luotettavuutta on kritisoitu. Dynaamiset mallit taas vaativat yksityiskohtaista lähtödataa, jota ei useinkaan ole saatavilla. Tämän tutkimuksen tarkoitus on tarkastella ilmastonmuutoksen vaikutuksia yleisiin puulajeihin Euroopassa ja Skandinavian alueella, sekä selvittää, tuottavatko tilastolliset ja dynaamiset mallit yhteneviä ennusteita ilmastonmuutoksen vaikutuksista. Tutkimuksessa rakennan tilastolliset habitaattimallit viidelle yleiselle eurooppalaiselle puulajille: metsätammelle, (Quercus robur, L.), pähkinäpensaalle (Corylus avellana L.), pyökille (Fagus sylvatica, L.), männylle (Pinus sylvestris, L.) ja kuuselle (Picea abies (L.) H. Karst.), jotka ovat yleisiä ja laajalle levinneitä lajeja, joiden levinneisyydessä mahdollisesti tapahtuvat muutokset heijastavat laajempia muutoksia metsäekosysteemien rakenteessa ja toiminnassa. Vertaan tilastollisten mallien ennusteita toisesta tutkimuksesta saatuihin dynaamisen, puulajikohtaisen prosessimallin (LPJ-GUESS) ennusteisiin. Tilastollisten mallien ja dynaamisen mallin ennusteita vertaillaan Euroopan alueella, ja tilastollisten mallien ennusteita tarkastellaan yksityiskohtaisemmin Skandinavian alueella. Tilastollisten mallien sovittamisessa käytetyllä levinneisyysaineistolla oli suuri vaikutus tulevaisuuden ennusteisiin. Tilastolliset mallit ja LPJ-GUESS tuottivat hyvin erilaisia ennusteita, ja tilastolliset mallit ennustivat levinneisyysalueiden voimakasta kutistumista eteläisiltä reunoilta vuosisadan loppua kohti. Tilastolliset mallit ennustivat voimakkaampaa vaikutusta tutkimuslajeihin. Biologisten vuorovaikutusten, sukkessioon liittyvien prosessien ja levinneisyyden ja ilmaston välisen suhteen mallintamisen vaikutuksia ennusteisiin eritellään tarkemmin. Esitän yksityiskohtaisen lähestymistavan tilastollisten ja prosessipohjaisten mallinnusmenetelmien erojen arviointiin tarkempien ennusteiden tuottamiseksi tulevaisuudessa. Tilastollisten mallien ennusteet Skandinaviassa ennakoivat hemiboreaalisen kasvillisuuvyöhykkeen siirtymistä huomattavasti pohjoisemmaksi vuoteen 2050 mennessä.
Keyword(s): ilmastonmuutos kasvillisuuden mallintaminen habitaattimalli metsät lajien levinneisyysalueiden muutokset LPJ-GUESS climate change vegetation modelling bioclimatic model forests range shifts LPJ-GUESS


Files in this item

Files Size Format View
Pro_gradu_A_Takolander.pdf 20.66Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record