Tutkimus: Sääolojen vaihtelulla aiempaa käsitystä suurempi vaikutus pohjoisten havumetsien hiilitaseeseen

Laaja tutkimus pohjoisen pallonpuoliskon havumetsien hiilidioksidivaihdosta metsäekosysteemin ja ilmakehän välillä osoittaa, että vuosittainen vaihtelu on paljon aiemmin tiedettyä suurempaa. Tulosten mukaan tilanne Suomessa vastaa koko boreaalisen metsävyöhykkeen kehitystä, vaikka Suomen metsien hiilinielu on hieman muuta Euraasiaa ja Pohjois-Amerikkaa suurempaa. 

Metsäekosysteemit sitovat hiilidioksidia ilmakehästä fotosynteesin avulla kevään ja kesän kasvukauden aikana. Toisaalta metsät vapauttavat hiilidioksidia ilmakehään etenkin kasvillisuuden soluhengityksen sekä lahottajamikrobien toimesta. Tätä kutsutaan ekosysteemin respiraatioksi.  

Pohjoisella havumetsävyöhykkeellä syksyn, talven ja kevään sääolosuhteet, kuten lumen sulaminen ja maan routaantuminen vaikuttavat respiraation suuruuteen. Myös erityisesti kevään aikaistuminen tai myöhästyminen vaikuttavat kasvillisuuden fotosynteesin käynnistymiseen.   

“Tehty analyysi osoittaa, että 2010-luvulla talvet eivät enää lyhentyneet, kuten aiemmin tapahtui. Tämän seurauksena pohjoisten havumetsien hiilinielun lievä kasvu pysähtyi”, kertoo Ilmatieteen laitoksen tutkimusprofessori Jouni Pulliainen. 

Tulokset mahdollistavat metsien hiilidioksidivaihdon tarkemman arvioinnin 

Nyt julkaistussa tutkimuksessa kehitettiin uusi menetelmä. Siinä yhdistetään satelliittidataa lumipeitteen ja roudan kehityksestä hiilidioksidivuota mittaavilla asemilla tehtyihin jatkuviin in situ havaintoihin. Lumipeite- ja routatieto perustuu satelliitteihin sijoitettujen radiometrien päivittäisiin havaintoihin maapallon pinnan emittoimasta mikroaaltosäteilystä. Lisäksi kehitetty tekniikka hyödyntää optisen alueen satelliittihavaintoja kasvillisuuden määrästä. 

Menetelmä on riippumaton ilmaston ja ekosysteemiprosessien mallinnuksesta. Saadut tulokset tarjoavat kokonaan uuden lähestymistavan pohjoisten metsien ja ilmakehän välisen hiilidioksidivaihdon arviointiin. Tutkimus parantaa ymmärrystä pohjoisten havumetsien hiilitaseen kehityksen syistä sekä osoittaa epävarmuuksia aiemmissa tiedoissa ja käsityksissä. 

Tutkimuksen kohteena oli koko maapallon pohjoinen havumetsävyöhyke. Tutkimuksessa hyödynnettiin globaalia päivittäistä satelliittidataa vuosilta 1981–2018 sekä hiilenkierron maa-asemamittauksia Suomesta, Ruotsista, Virosta, Venäjältä ja Kanadasta. 

Tutkimuksen tekoon osallistui Suomesta tutkijoita Ilmatieteen laitokselta, Helsingin yliopistosta, Itä-Suomen yliopistosta, Suomen ympäristökeskuksesta sekä Luonnonvarakeskuksesta. Ulkomaisista tutkimuslaitoksista tutkimukseen osallistui Environment and Climate Change Canada, Montrealin yliopisto, Dalhousien yliopisto (Kanada), Lundin yliopisto, Sveriges lantbruksuniversitet, Eesti Maaülikool sekä Max-Planck-Instituutti (Saksa). 

Kuva 1. Ilmatieteen laitoksen tutkijoiden yhdessä yhteistyökumppanien kanssa kehittämällä menetelmällä yhdistettiin satelliittihavainnot ja pinta-asemilla Suomesta Ruotsista, Virosta, Venäjältä ja Kanadasta tehdyt in situ havainnot ilmakehän ja metsäekosysteemin välisestä hiilidioksidivuosta. NEE=Net Ecosystem Exchange, GPP=Gross Primary Production, ER=Ecosystem Respiration.

Kuva 2. Pohjoisen pallonpuoliskon boreaalisten metsien keskimääräinen vuotuinen hiilensidonta (GPP) ajanjaksolla 1981–2018.

Lisätietoja: 

tutkimusprofessori Jouni Pulliainen, Ilmatieteen laitos, p. 050 5895821, jouni.pulliainen@fmi.fi 

Tutkimus on vapaasti luettavissa Remote Sensing of Environment -lehdessä

Jouni Pulliainen, Mika Aurela, Tuula Aalto, Kristin Böttcher, Juval Cohen, Chris Derksen, Martin Heimann, Manuel Helbig, Pasi Kolari, Anna Kontu, Alisa Krasnova, Samuli Launiainen, Juha Lemmetyinen, Hannakaisa Lindqvist, Anders Lindroth, Annalea Lohila, Kari Luojus, Ivan Mammarella, Tiina Markkanen, Elma Nevala, Steffen Noe, Matthias Peichl, Jukka Pumpanen, Kimmo Rautiainen, Miia Salminen, Oliver Sonnentag, Matias Takala, Tea Thum, Timo Vesala, Patrik Vestin, Increase in gross primary production of boreal forests balanced out by increase in ecosystem respiration, Remote Sensing of Environment, Volume 313, 2024, 114376, ISSN 0034-4257, https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114376.