Ekosystemmodellering

Två skilda modeller har använts i Klimatguiden.fi för att beräkna storheter som hör till kolets kretslopp. Den ena är landekosystemmodellen JSBACH och den andra skogstillväxtmodellen PREBAS. Modellerna skiljer sig bl.a. i det hur de beskriver fotosyntesen och hur de beaktar olika slag av ekosystem och växtlighetstyper. Ingendera modellen beaktar kvävets och andra näringsämnens inverkan på fotosyntesen.

Landekosystemmodellen JSBACH

JSBACH beräknar utbytet av vatten och koldioxid mellan naturliga landområden och atmosfären [1]. Modellen hör till klimatsystemmodellen som utvecklats vid Max Planck institutet [2]. JSBACH beskriver de biogeofysikaliska processer som styr vatten och koldioxidbalansen. Hur mycket vatten och koldioxid som binds till ekosystemen eller avges från ekosystemen till atmosfären styrs av klimatvariablerna.

Nettoutbytet beror även av ekosystemens egenskaper, förutom av klimatförhållandena och av ekosystemens förråd. JSBACH har olika växtlighetstyper med karaktäristiska egenskaper. Växtlighetstypernas fördelning följer nuläget i Finland. Den finska markkolmodellen Yasso07 [3], [4], [5] har byggts in i JSBACH för att ta hand om lagringen av kol i marken.

Före klimatsimuleringarna beräknades ett jämviktsläge med förindustriella kolhalter i atmosfären, varefter kolsänkorna har beräknats med ökande kolhalter i atmosfären och nutida klimat. Klimatguiden.fi presenterar JSBACHs resultat endast för naturliga ekosystem, odlade marker är inte inkluderade i visualiseringen. Resultaten ges per totala landarean.

Skogstillväxtmodellen PREBAS

PREBAS är ett modellsystem för skogstillväxt som utvecklats vid Helsingfors universitet. Målsättningen är att göra prognoser för ett givet skogsbestånd med kända begynnelsevärden och alternativa skogsbruksval. Modellen är så enkel som möjligt för att den ska kunna tillämpas över stora geografiska områden och passa ihop med observerade skogsegenskaper och skogsbruk, ändå baserad på väl underbyggda antaganden om de biologiska processerna. Modellen beskriver kolreserver och kolflöden mellan atmosfären och skogsekosystemet. Systemet är modulärt och modulerna kan användas antingen oberoende av varandra eller kopplade genom kolflöden.

PREBAS beräknar växttäckets fotosyntes och evotranspiration utgående ifrån dagliga miljövariabler och ståndortens egenskaper (modulen PRELES) [6], [7]. Modellen beskriver skogens tillväxt som följd av lagring och fördelning av kol i träden (modulen CROBAS) [MAK97], [VAL05]. Den finska markkolmodellen Yasso07 [3] är också kombinerad med skogsmodellsystemet PREBAS. Alla moduler har testats och kalibrerats med data från flödesmätningar, skogsexperiment och markprocesser.

För simuleringarna i Klimatguiden använde vi skogsinventeringsdata för 2013 från Naturresursinstitutet (LUKE) för att starta simuleringarna. Fokus låg på klimateffekter mer än på skogsbruk och varje 30-års simuleringsperiod fick börja från samma utgångsläge. Under simuleringen för 30 år antog vi att 60 % av skogsbruksmarken var föremål för sådan skogsvård som rekommenderas i nuläget (TAPIO), och 40 % av skogsbruksmarken inte berördes av åtgärder. Skogsdata i resolutionen 16 x 16 m2 användes för att klassificera skogen enligt faktorer som art, ståndort, medelhöjd och volym. Simuleringarna gjordes för varje underklass i samma resolution som klimatdata, dvs. 8 x 8 km2. Resultaten ges både per skogsareal och per sammanlagd landareal.

Markkolmodellen Yasso07

Markkolmodellen Yasso07 beskriver frigörandet av koldioxid till följd av nedbrytningen av förna [3], [4], [5]. I modellen antar man att de olika typerna av kolföreningar i marken bryts ner i olika takt. Nedbrytningstakten påverkas bland annat av lufttemperaturen och markfuktigheten. Modellen beräknar förändringar i markkolförrådet och mängden koldioxid som frigörs från marken under en viss period. Yasso-modellen används i Finland och vissa andra länder i beräkningen av växthusgaser. Dessutom används modellen i stor utsträckning inom forskning [8].

 

1.11.2017 (Artikeln har uppdaterats i MONIMET-projektet finansierat av LIFE+-programmet.)

Källor

  1. Reick, C. H., Raddatz, T., Brovkin, V. & Gayler V. 2013. Representation of natural and anthropogenic land cover change in MPI-ESM, Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Volume 5, Issue 3: 459–482. http://doi.org/10.1002/jame.20022
  2. Giorgetta, M. A., Jungclaus, J., Reick, C. H., Legutke, S., Bader, J., Böttinger, M., Brovkin, V., Crueger, T., Esch, M., Fieg, K., Glushak, K., Gayler, V., Haak, H., Hollweg, H.-D., Ilyina, T., Kinne, S., Kornblueh, L., Matei, D., Mauritsen, T., Mikolajewicz, U., Mueller, W., Notz, D., Pithan, F., Raddatz, T., Rast, S., Redler, R., Roeckner, E., Schmidt, H., Schnur, R., Segschneider, J., Six, K. D., Stockhause, M., Timmreck, C., Wegner, J., Widmann, H., Wieners, K.-H., Claussen, M., Marotzke, J. & Stevens, B. 2013. Climate and carbon cycle changes from 1850 to 2100 in MPI-ESM simulations for the Coupled Model Intercomparison Project phase 5, Journal of Advances in Modeling Earth Systems, Volume 5, Issue 3: 572–597. http://doi.org/10.1002/jame.20038
  3. Tuomi, M., Thum, T., Järvinen, H., Fronzek, S., Berg, B., Harmon, M., Trofymow, J.A., Sevanto, S. & Liski, J. 2009. Leaf litter decomposition – Estimates of global variability based on Yasso07 model. Ecological Modelling. Volume 220, Issue 23: 3362–3371. http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2009.05.016
  4. Tuomi, M., Laiho, R., Repo, A. & Liski, J. 2011. Wood decomposition model for boreal forests. Ecological Modelling, Volume 222, Issue 3: 709–718. http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2010.10.025
  5. Goll, D. S., Brovkin, V., Liski, J., Raddatz, T., Thum, T. & Todd-Brown, K. E. O. 2015. Strong dependence of CO2 emissions from anthropogenic land cover change on initial land cover and soil carbon parametrization. Global Biogeochemical Cycles, 29, 1511–1523. https://doi.org/10.1002/2014GB004988
  6. Peltoniemi M., Pulkkinen M., Aurela M., Pumpanen J., Kolari P. & Mäkelä A., 2015. A semi-empirical model of boreal forest gross primary production, evapotranspiration, and soil water – calibration and sensitivity analysis. Boreal Environment Research, Volume 20, Number 2: 151–171. http://www.borenv.net/BER/pdfs/ber20/ber20-151.pdf
  7. Minunno, F., Peltoniemi, M., Launiainen, S., Aurela, M., Lindroth, A., Lohila, A., Mammarella, I., Minkkinen, K., Mäkelä, A., 2016. Calibration and validation of a semi-empirical flux ecosystem model for coniferous forests in the Boreal region. Ecological Modelling, Volume 341: 37–52. http://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2016.09.020
  8. Finnish meteorological institute. 9.2.2017. Soil carbon model - Yasso. [Refererat 4.7.2017.] http://en.ilmatieteenlaitos.fi/yasso

Skrivet av