1 Alueelliset piirteet: ilmasto määrittää kasvillisuuden vyöhykkeisyyden. 2 Paikalliset piirteet määräytyvät maaperän ominaisuuksien mukaan

Transkriptio

1 Ilmasto ja kasvillisuus Eliömaantiede: kasvimaantiede VI Gradienttimalli: Ilmasto ja kasvillisuusvyöhykkeet Jari Oksanen Oulun yliopisto SL 2015 Näiden luentojen taustalla oleva suuri kertomus on suomalainen kasvimaantieteellinen malli. Kasvillisuuden pääpiirteet määräytyvät kolmella tasolla: 1 Alueelliset piirteet: ilmasto määrittää kasvillisuuden vyöhykkeisyyden 2 Paikalliset piirteet määräytyvät maaperän ominaisuuksien mukaan 3 Väliaikaiset piirteet johtuvat häiriöistä ja niistä toipumisesta eli sukkessiosta Tässä luennossa tarkastellaan ensimmäistä piirrettä eli ilmaston merkitystä kasvillisuutta säätelevänä tekijänä ja esitetään kasvillisuuden vyöhykejärjestelmä. Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Vyöhykejärjestelmä Ilmasto ja kasvillisuus Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Vyöhykejärjestelmä Suomalainen vyöhykejärjestelmä Ilmastolliset parametrit säätelevät kasvillisuutta: lämpötila ja sademäärä globaalisesti tärkeimmät Biomi: fysiognomisesti määritelty: metsä, aavikko Biomi voi leikata joitain ilmastomuuttujia: aavikoita sekä kylmässä että kuumassa Vyöhykejärjestelmä erottaa eri tekijöiden vaikutukset: aavikot eri vyöhykkeisiin lämpötilan mukaan Vyöhyke: Etelä pohjois -suuntainen vaihtelu Sektori: Meri sisämaa -suuntainen vaihtelu Periaatteessa globaali, mutta sovellettu pohjoisille alueille Klimaattisesti määräytyneeet vyöhykkeet ja niiden sektorit Suomalaisen tyyppijärjestelmän perusteet esittivät Teuvo Ahti, Leena Hämet-Ahti ja Jaakko Jalas, mutta juuret olivat syvällä suomalaisessa traditiossa Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

2 Vyöhykejärjestelmä Vyöhykkeet ja Pohjolan alavyöhykkeet Vyöhykkeet ja ilmasto Mitä on ilmasto? Arktinen hemiarktinen Boreaalinen Pohjoisboreaalinen Keskiboreaalinen Eteläboreaalinen Hemiboreaalinen Temperaattinen Pohjoistemperaattinen Meridionaalinen (Sub)trooppinen Ekvatoriaalinen Tarkoituksena on löytää ilmastollisesti vastaavia alueita: sama vyöhyke ja sektori Ilmasto selittää kasvillisuuden, mutta mikä ilmastotekijä? Ilmastoa ei voi havaita suoraan, vaan se on abstraktio, jota arvioidaan ilmastollisten indikaattorien perusteella Vyöhykkeisyyttä kuvaa lämpötila Mereisyyden / mantereisuuden kuvaaminen on hankalampaa Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Mitä on ilmasto? Ilmasto vaihtelee Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Mitä on ilmasto? Sää ja ilmasto Parainen Kokkola Temperature days 20 Apr 31 Oct Temperature days 28 Apr 13 Oct Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Jan Mar May Jul Sep Nov Jan day Oulu day Muonio Temperature days 05 May 10 Oct Temperature days 14 May 20 Sep Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Jan Mar May Jul Sep Nov Jan day day Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Aineisto: Ilmatieteen laitos Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

3 Operatiivinen ympäristö Mitä on ilmasto? Walterin diagramma Ilmaston kuvaus Kasvin kokema ympäristö poikkeaa ilmastoaseman mittauksesta Operatiivinen ympäristö: kasviin välittömästi vaikuttavat tekijät Pienilmasto on todellista, meteorologinen ilmasto abstraktio Visuaalisesti selkeä tapa kuvata yhtaikaa lämpötilaa, sadantaa ja paljon muuta C vastaa 20 mm sadetta: aridina kuukautena kuivempaa Apukäyrä: 10 C vastaa 30 mm sadetta: subaridi Lisäksi aseman tiedot, lumeton aika, äärilämmöt... Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Ilmaston kuvaus Walterin diagramma Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Ilmaston kuvaus Yksinkertaistettu Walter Chad: Abéché Very Rainy Wet Temperature Precipitation Dry Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

4 Visuaalisesti helposti hahmottuva Ilmaston kuvaus Walter Euroopassa Ilmaston kuvaus Data: IPCC Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Indeksit ja indikaattorit Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Holdridge: indikaattorikolmio Data: IPCC Indeksit on usein johdettu monesta erilaisesta mittauksesta: eivät konkreettisia Ilmasto on gradienttikompleksi: monen muuttujan yhdistelmä voi kuvata ilmastoa paremmin kuin mikään yksittäinen parametri Pahimmillaan indeksit yhdistävät yhteismitattomia asioita käsittämättömällä tavalla Vyöhykkeisyys liittyy lämpötilaan Sektorit liittyvät mereisyyten: hygriseen vai termiseen? Pohjolassa terminen: lämpötilan vuosi- ja vuorokausivaihtelu, kesäsade Globaalisti usein hygrinen: aavikot mannerten arideissa keskustoissa Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

5 Vuosi Suomessa Vyöhykkeisyyden indikaattorit January February March April May June Average Temperature Effective TempSum (monthly) Length of the Growing Season July August September October November December Data: FMI Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Potentiaalinen evapotranspiraatio Aineisto: Ilmatieteen laitos Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Potentiaalinen evapotranspiraatio: Maailma Potentiaalinen evapotranspiraatio = fysikaalinen haihtuminen (evaporaatio) maasta + haihdutus (transpiraatio) kasvillisuudesta Potentiaalinen: vedenpuute ei rajoita = yksinomaan lämpötilan indikaattori Työläs mitata: vaatii suuren pysyvän mittalaitteiston ja jatkuvan seurannan Likimäärin arvioitavissa meteorologisista mittauksista Transpiraatio riippuu myös kasvillisuustyypistä: maanviljelystieteessä erikseen laskukaavat matalalle (vehnä) ja korkealle (maissi) kasvustolle PET Data: FMI Data: IPCC Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

6 Potentiaalinen evapotranspiraatio: Arviointimenetelmiä PET: indeksien yhdenmukaisuus PET (mm, per 30 days, 12 hrs daylight) Monthly Temperature (C) Thornthwaite: < 26.5 C lämmössä viileän ilmastovyöhykkeen kasvillisuus transpiroi voimakkaammin ja PET riippuu ilmaston kuumuudesta. Muunnoskäyrä on varjostetulla alueella. Konkreettinen kasvusto: mm. lämpötila, tulosäteily, tuulennopeus, ilmankosteus Globaalissa skaalassa turvaudutaan tavallisiin meteorologisiin mittauksiin Thornthwaite (1948) klassisin: positiiviset kuukausikeskilämmöt Hargreaves (1994): kuukauden keskilämpö, lämpötila-amplitudi, ja auringon tulosäteily ilmakehään Hargreaves antaa korkeammat arvot kuumille ja kuiville alueille, alemmat mereisille ja kosteille Thornthwaite edelleen biogeografiassa mielekäs Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Thornthwaite vs. Hargreaves PET and Precipitation (mm) PET and Precipitation (mm) Oulu Thornthwaite Hargreaves Modified Hargreaves Precipitation Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Heraklion Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec PET and Precipitation (mm) PET and Precipitation (mm) Lviv Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Kampala Jun Jul Aug Jan Feb Mar Apr May Sep Oct Nov Dec Data: IPCC Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Mereisyys ja mantereisuus PET PET Hargreaves Thornthwaite Mereisten ja mantereisten ilmamassojen vallitsevuus: synoptisista meteorologisista tiedoista Terminen mereisyys Vuotuinen lämpötilan vaihtelu (A) kasvaa mantereisuuden myötä (leveysaste φ): C = 1.7A sin(φ + 10 ) 14 (Conrad) Lämpötilamaksimin siirtyminen kohti syksyä: mereisyys Lämpötila-anomalia kuukausittain: poikkeama normista Hygrinen mereisyys: Kesän konvektiosateet mantereisia, rintamasateet mereisiä Vågsøy, Noreg Naruska Gobi Gurvan Saikhan Jakutsk Hargreaves (modified) Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Data: IPCC

7 Mantereisuuden indikaattorit Conrad Index Conradin mantereisuusindeksi Leveysasteella korjattu kuukausilämpötilojen amplitudi Conradin indeksi skaalautuu välille Mantereisin 100 pisteen alue on Jakutia (Saha), mereisintä länsirannikoilla ja ekvatoriaalisissa sademetsissä Vesi tasaa lämpötiloja: aridit alueet myös termisesti mantereisia Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Humidisuus ja aridisuus Sademäärän ja potentiaalisen evapotranspiraation suhde Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Sateet Fennoskandiassa ja Tanskassa Bergen: Dale Oulu Termistä mantereisuutta (Conrad) vaikuttavampi tekijä on usein aridisuus Aridi: sadanta selvästi pienempi kuin potentiaalinen evapotranspiraatio Kasvit mukautuvat vedenpuutteeseen alentamalla transpiraatiota: vesivaranto uusiutuu vaikka PET jonkin verran sadantaa suurempi Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Gotland: Hemse Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

8 Humidisuus Suomessa Ilmastollisesti Suomea (Oulua) vastaavat alueet: kolme erillistä gaussilaista mallia Suomen ilmasto humidi ja tasainen: pohjoisessa sataa vähemmän, mutta myös alempi evapotranspiraatio Rannikoilla hieman kuivempaa, varsinkin alkukesällä Vaaranlaet Itä- ja Koillis-Suomessa voivat olla sateisia kesä talvi humidisuus kesä&talvi kesä&humidi talvi&humidi kaikki Heinäkuun ja tammikuun keskilämpö, sadannan ja potentiaalisen evapotranspiraation suhde Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Vyöhykkeet ja indikaattorit Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA Vyöhykkeet ja indikaattorit / / 50 Vyöhykkeet ja indikaattorit Vyöhykkeiden rajaus Vyöhykkeet ja sektorit ilmastoindikaattorien perusteella Indikaattori = gradienttikompleksi: maisemariippuvainen Suhde voi olla hyvä mallinnusalueella, mutta heikkenee etäämpänä Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA

9 Luonnolliset rajat Vyöhykkeet ja indikaattorit Metsänraja Vyöhykkeet ja indikaattorit Paikoin luonnollisia, jyrkkiä vyöhykerajoja Metsänraja ylläpitää itseään Ilmasto muuttuu nopeasti: Ruotsin limes norrlandicus Arktinen rintama pysyvä: tundran eteläraja laajalla alueella Rajat kuitenkin maisemariippuvaisia: eivät siirrettävissä Usein pidetty luonnollisena rajana: Mikä tekijä määrää metsänrajan? Riippuu sekä vyöhykkeestä (raja!) että sektorista Riippuu lajistosta Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Vyöhykkeet ja indikaattorit Puulaji, vyöhyke ja sektori Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Vyöhykkeet ja indikaattorit Systeemin laajennus vuoristo etelä pohjois- yläoro- eteläantiboreaalinen keski- keskioro- keskiantiboreaalinen etelä- alaoro- pohjoisantiboreaalinen hemi- hemioro- hemiantiboreaalinen Korkeusvyöhykkeillä vastaavat vyöhykkeet ja sektorit: etuliite oro- Eteläinen pallonpuolisko: etuliite anti- Pohjoisessa terminen mantereisuus, etelässä hygrinen: aavikot mantereisella alueella Äärimmäiset kosteusolot: hygrinen provinssi Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

10 Suomalainen vyöhykejärjestelmä on periaatteessa laajennettavissa koko maailmaan. Tällä luennolla kehitämme tällaisen laajennuksen, jossa ilmastollisten indikaattorien perusteella kuvataan koko maapallon kasvillisuus. Suomalaisen järjestelmän hengessä jaamme aluksi maailman päävyöhykkeisiin ja sitten vyöhykkeet sektoreihin. Vyöhykejako perustuu lämpötilaan ja sektorit mantereisuuteen. Lämpimissä vyöhykkeissä aridisuus näyttää olevan tärkein sektoriaalinen tekijä. Tässä luennossa esitetty vyöhyke- ja sektorijako on kehitetty tilastollisilla menetelmillä julkisten tietokantojen tietojen perusteella. Ekvatoriaaliset sademetsät, kausisademetsät ja savannit Trooppiset sademetsät, avoimet metsät, ruohostot ja aavikot Meridionaaliset talvisade- ja kesäsadealueet, aavikot Temperaattiset metsät, arot ja aavikot Boreaaliset havumetsät Arktinen metsätundra ja tundra Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Tärkeimmät maisematyypit ruuduissa Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Ilmastolliset parametrit Intergovernmental Panel on Climate Change Data Distribution Centre: Ilmastodata 0.5 asteen ruuduttain maa-alueelta Lämpötilojen ja päivittäisen sademäärän kuukausikeskiarvot normaalikaudelta Lämpötilan parametreja: Potentiaalinen evapotranspiraatio (PET), vuoden keskilämpö (Tmean), alin (Tmomin) ja korkein (Tmomax) kuukausikeskilämpö Terminen mantereisuus: Conradin mantereisuusindeksi (Cont) Sademäärä: Vuotuinen (Prectot), kesäpuolivuotinen (Precsummer), kesäsateen osuus koko sademäärästä (Precsummerat), kuukausisateiden vaihtelukerroin (PrecCV) Aridisuus: PET Prectot (PEdiff), Prectot / PET (PEratio) Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

11 Ilmastolliset kasvillisuusvyöhykkeet : Päättelypuu PET< Ilmastolliset parametrit ennustavat kasvillisuusvyöhykkeen 1 Kasvillisuusvyöhyke: ekvatoriaalinen, trooppinen, meridionaalinen, temperaattinen, boreaalinen, arktinen 2 Sektorit ja alavyöhykkeet: vyöhykkeen sisällä Rekursiivinen ositus eli korrelaatio- ja regressiopuu: antaa päättelysäännön Puun typistäminen: ristivalidatorinen ennustavuus Mallipuuna maanpeiteluokat (SAGE), mutta luokat ryhmitellään niin, että päästään kasvimaantieteelliseen aluejakoon Tmomax< Tmomin< Tmean< Precsummer< Trop Eq PET< Arct Bor Temp Merid Trop Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50, alavyöhykkeet ja sektorit Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50

12 Kartat: värit ja projektio Ilmastolliset kasvillisuusalueet TempWetConifer Värikoodit tyyppien keskimääräisten ilmasto-olojen mukaan Värit valittu niin, että kuuma, sateinen lämpöoloiltaan tasainen (= mereinen) ekvatoriaalinen sademetsä on musta Yleensä Mollweiden oikeapinta-alainen projektio Precipitation/PET EqRainFor BorWetConifer BorMixed WetTropical MeridDecid WoodedTundra TempSMixed EqSeasonalFor TempNMixed MTaiga Tundra STaiga TropDryFor EqSavanna NTaiga MeridGrassShrub BorGrassShrub Mediterranean TempGrassShrub TropSuccThorn TempDesert SemiaridWood PolarDesert Mulga TropGrassShrub MeridDesert TropDesert PET Mean Temperature PolarDesert Tundra NTaiga WoodedTundra MTaiga STaiga BorGrassShrub BorWetConifer BorMixed TempGrassShrub TempNMixed TempDesert TempSMixed TempWetConifer MeridDesert MeridGrassShrub MeridDecid Mediterranean Mulga TropDryFor WetTropical TropDesert TropGrassShrub SemiaridWood TropSuccThorn EqSavanna EqSeasonalFor Precipitation (mm) EqRainFor Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Kongosta Ouluun Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Kongosta Ouluun Kongossa kausisademetsiä: lyhyt kuivempi jakso eivät yhtä suotuisia kuin Amazonin ja Etelä-Aasian varsinaiset sademetsät Vaihettuvat idässä Intian valtameren läheisiin monsuunisavanneihin: kaksi sadekautta Vaihettuvat pohjoiseen kausikosteisiin savanneihin, sitten kuiviin savanneihin, joissa yksi sadejakso ja lopulta Saharaan Saharan keskiosat melkein sateettomat: leviämiseste kasveille Pohjois-Afrikassa ja Etelä-Euroopassa meridionaalinen talvisateiden alue Romanian yli siirtymävyöhyke keskieurooppalaisista lehtimetsistä Ukrainan aroihin Lopulta boreaalinen alue, Norjassa mereinen Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50 Tundra WoodedTundra BorGrassShrub NTaiga STaiga MTaiga BorMixed BorWetConifer TempDesert TempGrassShrub TempNMixed TempSMixed TempWetConifer MeridDesert Mediterranean MeridGrassShrub MeridDecid TropDesert TropGrassShrub SemiaridWood TropSuccThorn TropDryFor WetTropical EqSavanna EqSeasonalFor EqRainFor Jari Oksanen (Oulun yliopisto) Biogeo: KAMA / 50